ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

INDICE

I. INTRODUCCION

II. OBJETIVOS GENERALES

III. OBEJETIVOS ESPECIFICOS

IV. MARCO TEORICO

V. CONCLUSIONES

VI. RECOMENDACIONES

VII. BIBLIOGRAFIA

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ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

I. INTRODUCCION

En esta oportunidad el tema a tratar es el de La Cavitación y NPSHr y

NPSHd, La cavitación es un fenómeno muy importante de la mecánica de

los fluidos y de particular influencia en el funcionamiento de toda máquina

hidráulica.

En las últimas décadas la tecnología del diseño de turbinas y bombas

centrífugas ha tenido un avance importante, el cual sumado a los incrementos en

los costos de fabricación, ha llevado a desarrollar equipos con mayores

velocidades específicas para minimizar esta Influencia, lo que determina un

incremento en el riesgo de problemas en la succión, especialmente cuando

operan fuera de su condición de diseño.

Si la presión en el impulsor es menor que la presión de vapor del líquido a

temperatura de funcionamiento se produce una evaporación súbita, la densidad de

líquido disminuye y se origina el fenómeno conocido como cavitación, habitualmente

esta presión se conoce como NPSH (Cabeza de Succión Positiva Neta), que es la

mínima presión absoluta requerida a la entrada de la bomba, expresada en columna

de líquido, por encima de la presión de vapor, para que la bomba funcione sin que

se produzca la cavitación.

II. OBJETIVOS GENERALES

Conocer en que consiste el efecto físico de Cavitación

Conocer qué tipo de Presión NPSHr y NPSHd deberá ser mayor para evitar

la cavitación

III. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Conocer que daños y/o problemas provoca la Cavitación.

Conocer las recomendaciones para evitar el efecto de Cavitación.

Conocer el funcionamiento correcto de una bomba y evitar que esta Cavite.

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IV. MARCO TEORICO

La cavitación es un fenómeno que se produce cuando el fluido hidráulico disponible no

es capaz de llenar todo el espacio existente. En esta situación el fluido pasa de estado

líquido a gaseoso para después pasar a líquido de nuevo. Este caso se presenta

frecuentemente en la entrada de las bombas hidráulicas cuando las condiciones de alimentación no son las adecuadas para conseguir mantener la entrada de la

bomba completamente llena de aceite.

En tal caso, se producen unas burbujas (o más correctamente, unas cavidades) que

explotan cuando quedan sometidas a la presión del sistema en la zona de impulsión

de la bomba.

Los motivos por los que puede darse la cavitación pueden ser:

Cambios bruscos de velocidad del fluido.

Velocidades de fluido excesivas.

Resistencia demasiado elevada en la línea de aspiración.

Nivel de aceite en el tanque demasiado alejado de la entrada de la bomba.

Viscosidad del aceite demasiado elevada.

En la entrada de la mayoría de las bombas hidráulicas, el vacío máximo admisible es

de 13 cm Hg. (0,17 bar). De forma ideal, no debería haber vacío alguno a la entrada e,

incluso, sería recomendable una presión positiva (sin que sea excesiva para no dañar

el retén del eje de la bomba); de otra forma, existe la posibilidad de que se produzca el

fenómeno de la cavitación.

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TIPOS DE CAVITACION:

Por lo dicho precedentemente hay dos tipos de cavitación, uno con flujo y

otro estando el líquido estático:

(a) Cavitación por flujo

(b) Cavitación por ondas

Ejemplos del tipo (a) los tenemos en tuberías donde la presión estática del líquido

alcanza valores próximos al de la presión de vapor del mismo, tal como puede

ocurrir en la garganta de un tubo venturi, a la entrada del rodete de una

bomba centrífuga o a la salida del rodete de una turbina hidráulica de reacción.

Los ejemplos del tipo (b) aparecen cuando estando el líquido en reposo, por él se

propagan ondas, como las ultrasónicas denominándose Cavitación Acústica, o

típicas ondas por reflexión sobre paredes o superficies libres debido a ondas de

compresión o expansión fruto de explosiones y otras perturbaciones como en el

caso del golpe de ariete, denominadas Cavitación por Shock .

DAÑOS PROVOCADOS POR LA CAVITACIÓN:

Los daños que se producen cuando hay cavitación son la erosión del metal dentro de la bomba y la aceleración del deterioro del fluido hidráulico. Cuando una

bomba hidráulica está cavitando se producen vibraciones y un característico ruido

similar a la explosión de burbujas por presión. No obstante, el ruido no se detecta

hasta que el vacío alcanza un valor de unos 25 cm Hg. (0,33 bar), pero el daño ya está

hecho tanto si se oye como si no.

Un daño por cavitación tiene un aspecto semejante a picaduras por corrosión, pero las

zonas dañadas son más compactas y la superficie es más irregular en el caso de la

cavitación. El daño por cavitación se atribuye parcialmente a efectos de desgaste

mecánico. La corrosión interviene cuando el colapso de la burbuja destruye la película

protectora, como se muestra esquemáticamente en la siguiente figura, con los pasos

siguientes:

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Se forma una burbuja de cavilación sobre la película protectora.

El colapso de la burbuja causa la destrucción local de la película.

La superficie no protegida del metal está expuesta al medio corrosivo y se

forma una nueva película por medio de una reacción de corrosión.

Se forma una nueva burbuja en el mismo lugar, debido al aumento de poder

nucleante de la superficie irregular.

El colapso de la nueva burbuja destruye otra vez la película.

La película se forma de nuevo y el proceso se repite indefinidamente hasta

formar huecos bastante profundos.

RECOMENDACIONES PARA EVITAR LA CAVITACIÓN:

Buen mecanizado y estado de conservación de la bomba.

Que la tubería de aspiración sea amplia y corta y que esté introducida en el

fluido con perfecto sellado con la bomba.

No arrancar la bomba teniendo el fluido muy frío (calentarlo a la temperatura

que convenga).

No trabajar con temperaturas muy elevadas del fluido.

Que la presión ene l circuito de aspiración sea la indicada por el fabricante.

Asegurar el nivel correcto de fluido en el depósito.

NPSHr y NPSHd

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La NPSH es un parámetro importante en el diseño de un circuito de bombeo si la

presión en el circuito es menor que la presión de vapor del líquido, éste entrará en algo

parecido a la ebullición se vaporiza, produciéndose el fenómeno de cavitación que

puede dificultar o impedir la circulación de líquido, y causar daños en los elementos del

circuito.

En las instalaciones de bombeo se debe tener en cuenta la NPSH referida a la

aspiración de la bomba, distinguiéndose dos tipos de NPSH:

NPSH requerida :

Es la NPSH mínima que se necesita para evitar la cavitación. Depende de las

características de la bomba, por lo que es un dato que debe proporcionar el fabricante

en sus curvas de operación.

NPSH requerido=H z+v2

2g

Donde:

H z es la presión mínima necesaria a la entrada del rodete, en m.c.l. (metros de

columna de líquido).

v2

2g es la presión cinética correspondiente a la velocidad de entrada del líquido

en la boca de aspiración, en m.c.a.

NPSH disponible :

Depende de las características de la instalación y del líquido a bombear.

NPSHdisponible=Paγ

−H a−h f−Pvγ

Donde:

γ: Es el peso específico del líquido (Nm3 ).

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Pa : Es la presión en el nivel de aspiración, en Pa

H a : Es la altura geométrica de aspiración en m.c.l.

h f : Es la pérdida de carga en la línea de aspiración, en m.c.l.

Pv : Es la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, en Pa

¿Cuál debe ser mayor? ¿NPSHd ó NPSHR?

NPSHR: requerido, NPSHD: disponible

NPSHD > NPSHR

Esta es la relación que debe cumplirse para evitar la cavitación.

En el caso contrario, es decir, NPSHd < NPSHr hay cavitación

De acuerdo al NPSHD se deberá verificar el NPSHR proporcionado por el fabricante,

si el NPSHR es mayor que el disponible se deberá aumentar este último, de lo

contrario se formará el fenómeno de cavitación en la bomba.

Existen dos formas de atender este problema (hay cavitación):

1° Disminuir el NSPHr

2° Aumentar el NSPHd

En el primer caso, tiene algunas formas de abordarlo, no obstante, sus formas son

limitadas:

Aumentar la boca de entrada de la bomba.

Instalar un inductor de aspiración en la boca de entrada de la bomba

Instalar una bomba con impulsor de doble aspiración

Usar una bomba de velocidad más baja, con un impulsor de diámetro más

grande.

Usar varias bombas de menor caudal en paralelo

Instalar una bomba de refuerzo en serie en la aspiración de la bomba principal.

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En el segundo caso, se habla de cuatro factores relevantes que intervenir:

La altura estática sobre la línea central de la bomba.

La Patm en la superficie del estanque de aspiración.

La presión del vapor del líquido.

Las pérdidas de carga de la línea de aspiración.

Para NO tener problemas de NPSH:

Evite cargas dinámicas menores a las del punto de máxima eficiencia.

Evite flujos mayores que los flujos de máxima eficiencia.

Evite elevaciones en la succión mayores (o cargas positivas menores a las

recomendadas).

Evite temperaturas de líquido mayores de las utilizadas para el diseño del

sistema.

Evite velocidades arriba de las recomendadas.

Colocar una reducción excéntrica en la succión, mínimo una medida arriba.

Aumentar el diámetro nominal de la succión, mínimo una medida arriba

GOLPE DE ARIETE

Fenómeno transitorio en el que se considera que:

la tubería no es rígida el líquido es compresible

Se produce ante un paro brusco del flujo del fluido (típico el cierre de una válvula). La energía cinética se transforma en energía de presión.

La sobrepresión pueden llegar a romper la tubería.

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Leyenda:

(1) Flujo a velocidad v

(2) Cierre brusco de la válvula

E. cinética ⇒E. presión

(3) Se propaga la onda de presión, c desde la válvula, la tub. se dilata.

(4) La onda de presión llega al embalse (t = L / c)

(5) La sobrepresión de la tub. hace que el agua contenida retorne el embalse a v. La tub. vuelve a su sección nominal (de izda a dcha)

(6) La onda llega a la válvula el agua sigue saliendo de la tub. (t = 2 L / c)

(7) La tub. entra en depresión y se contrae. La onda va hacia el embalse, c. El agua sigue saliendo de la tub.

(8) Toda la tubería en depresión (t = 3 L / c)

(t = 3 L / c)

(t = 4 L / c)

(9) Entra agua en la tubería, v La tub. va retornando a la situación inicial

(9) Entra agua en la tubería, v La tub. va retornando a la situación inicial

(10 = 1) … (2) ^(t = 4 L / c)

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Sobrepresión en un Golpe de Ariete

La sobrepresión depende del tiempo de cierre de la válvula, tc

1.- Cierre instantáneo, (tc= 0), es un caso teórico (el anterior)

Δt no es el tiempo de cierre, sino el que transcurre hasta que la masa de fluido considerado se detiene (en el caso de cierre total ⇒Δv = -v), (en un cierre parcial ⇒Δv = vfinal -v)

2.- Cierre rápido (0 < tc < 2L / c)

El cierre se produce antes de que la onda de presión se refleje en el Estanque y vuelva a la válvula; la sobrepresión idéntica al caso de Cierre instantáneo.

3.- Cierre lento, (tc > 2L / c)

La depresión generada al reflejarse la onda en el embalse disminuye la presión máxima respecto al instantáneo

Para minimizar los riesgos de un golpe de ariete (I):

• Reforzar la tubería

• Colocar válvulas antiariete (un resorte amortigua los cambios de presión)

• Instalar depósitos cerrados de aire (cuya presión amortigua las oscilaciones)

• Evitar cierres rápidos

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Recomendaciones

Para minimizar los riesgos de un golpe de ariete (II):

• Construir una chimenea de equilibrio (cámara en la que el líquido puede oscilar libremente)

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V. CONCLUSIONES La cavitación es un fenómeno que se produce siempre que la presión en

algún punto o zona de la corriente de un líquido desciende por debajo de

un cierto valor mínimo admisible.

La protección contra la cavitación debe comenzar con un diseño

hidráulico adecuado del sistema, de tal manera que se eviten en lo

posible las presiones bajas.

La relación que debe cumplirse para evitar la cavitación es NPSHD >

NPSHR

VI. RECOMENDACIONES La cavitación es un efecto físico cuya aparición depende de las condiciones de

funcionamiento. Por tanto, cuando se proyecta una instalación debe intentarse

que no aparezca la cavitación o que sus efectos sean los menores posibles.

Para evitar cavitación en la bomba y asegurar el correcto funcionamiento de una instalación, el NPSH disponible debe ser siempre mayor al NPSH requerido por la bomba.

VII. BIBLIOGRAFIA http://www.hidraoil.es/articulo/cavitacion-en-las-bombas-hidraulicas/

http://blog.gmveurolift.es/cavitacion-en-las-bombas-hidraulicas/

www.agronoms.cat/.../ Cavitacion %20español%202_editora_241_90.pdf

http://html.rincondelvago.com/cavitacion_1.html

http://cavitacionynpsh.blogspot.com/2010/12/npshr-y-npshd.html

http://manuelnautyciencia.blogspot.com/2014/05/presion-requerida-

npshr-y-disponible.html

http://proptermodinamicas2.blogspot.com/

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