UNIVERSIDAD AUTÓNOMA GABRIEL RENÉ MORENO - FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y TECNOLOGÍA INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA - MÁQUINAS HIDRÁULICAS

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1. CAVITACIÓN EN BOMBAS

En este apartado se da una breve explicación del fenómeno de cavitación y como afecta al

funcionamiento hidráulico de las bombas.

1.1. Fenómeno de cavitación Esto va relacionado con la ebullición o la aparición de burbujas de vapor en la masa de un líquido, se

inicia cuando la presión absoluta del líquido desciende hasta la presión de vapor o por debajo de la

misma. Si un líquido esta en movimiento puede caer a una presión muy baja, y si esta alcanza la

presión de vapor del líquido se inicia la evaporización a temperatura de bombeo constante. Debido al

efecto de la succión de la bomba las burbujas de vapor son arrastradas y en un instante en el rodete

de la bomba pasan de una zona de muy baja presión a otra de alta presión, lo que ocasiona la

implosión de las burbujas de vapor causando daños en el órgano principal de la bomba.

Los efectos de cavitación pueden ser detectados debido a la variación del funcionamiento hidráulico

de la bomba: como una caída de la altura total, la potencia y rendimiento para un caudal dado.

También otros efectos como ser: ruido, vibración y erosión.

Seguidamente se estudia las fases del agua que se muestra en la siguiente figura, debido a que las

pruebas de NPSH, realizadas bajo las recomendaciones de normas ANSI, deben llevarse a cabo con

agua limpia.

Diagrama de cambios de fase para el agua pura.

El diagrama P-T del agua pura, conocido como el diagrama de fase del agua porque presenta las tres

fases separadas entre si mediante tres líneas: la línea de sublimación que separa la región de sólido

con la de vapor, la de evaporación divide la región líquida y de vapor y la de fusión separa las

regiones sólida y líquida. Estas tres líneas convergen en un punto triple, donde las tres fases

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coexisten en equilibrio. La línea de evaporación se extiende y finaliza en el punto crítico porque arriba

de este no es posible distinguir las fases líquida y de vapor.

Por lo expuesto, la presión absoluta en la succión de la bomba, teóricamente se podría bajar hasta el

cero absoluto; pero en la práctica, existe un límite inferior previo; que es la presión de vapor del fluido.

Dicha presión depende de la temperatura.

En un banco de prueba de NPSH, el fluido para las pruebas es agua limpia. Por tanto, en el siguiente

gráfico se muestra la presión del vapor de agua en función de la temperatura.

Presión de vapor del agua a diferentes temperaturas.

De acuerdo al gráfico, por ejemplo el agua entra en ebullición a la temperatura de 100 ºC a una

presión de vapor de 10,35 mca. También el agua puede alcanzar el punto de ebullición a 25ºC, basta

que la presión de vapor descienda a 0,32 mca.

Esto muestra que un descenso de temperatura produce un descenso en la presión del vapor del

agua, esto debe ser tomado en cuenta para los procesos de bombeo en los cuales la temperatura

juega un papel muy importante en la presión del vapor del agua, como también sucederá con otros

líquidos.

1.2. Altura Neta Positiva de Aspiración Disponible (NPSHA) y Requerida (NPSHR)

- Altura Neta Positiva de Aspiración Disponible (NPSHA): Es determinada por las condiciones

de la instalación para un caudal especificado y se refiere a las condiciones de succión necesarias

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Pres

ión

[mca

]

Temperatura [ºC]

PRESIÓN DEL VAPOR DE AGUA A DIFERENTES TEMPERATURAS

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para el funcionamiento correcto de una bomba sin que se produzca cavitación. se calcula con la

siguiente expresión:

∑−−+= SPP

S JHNPSHA vatmγγ (IV.1.2.1)

Donde:

=SH Altura de succión (distancia entre la lámina del agua al eje del impulsor)

=atmp Presión atmosférica

=vp Presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo

=γ Peso específico del líquido a la temperatura de bombeo

- Altura Neta Positiva de Aspiración Requerida (NPSHR): Es el mínimo valor de NPSH dado por

el fabricante para una bomba logrando un funcionamiento especificado a un determinado caudal,

velocidad de rotación y líquido bombeado. Es referida a la forma en la cual opera la instalación y

se calcula con la siguiente expresión:

γγvatm PP

SHNPSHR −+= (IV.1.2.2)

Por tanto, la NPSHA > NPSHR En estas condiciones no se produce la cavitación.

De acuerdo al Instituto de Hidráulica(U.S.A.).

La altura total absoluta (neta) de aspiración por encima de la altura equivalente a la presión de vapor

referido al plano de referencia esta dada por la ecuación.

γγγ

2svs VPPNPSH +−=

Donde:

=SP Presión absoluta a la entrada de la bomba

=VP Presión de vapor del líquido a la temperatura del proceso de bombeo

=γ Peso específico del líquido a la temperatura de bombeo

=SV Velocidad promedio en la tubería de succión

Este valor de NPSH es referido a un plano de referencia de NPSH, horizontal que pasa por el centro

del círculo descrito por los puntos externos de los bordes de entrada de los álabes del impulsor; en la

primera etapa en el caso de bombas multietapa. En al caso de una bomba de doble succión con eje

vertical o inclinado, es el plano que pasa por el centro mas alto. El fabricante debe indicar la posición

de este plano con respecto a los puntos de referencia precisos de la bomba. En caso de no contar

con ello tomar en cuenta las características de la siguiente figura.

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Figura - Referencia de elevación para varios diseños de bombas en el ojo de la primera etapa del

impulsor. [Ref. NORMA ANSI].

Con un banco de pruebas de NPSH, lo que se busca es verificar o determinar la NPSHR de una

bomba, lo cual representa la mínima energía requerida por la bomba para entrar en cavitación,

reducida en ( γvp

).

γvatm PP

SHNPSHR −+=

De acuerdo a la Norma ANSI, la NPSHR es determinada por una caída del 3% en la altura total de la

bomba para un caudal específico dado yse considera como (práctica aceptada en la industria). Por

tanto, será usado como estándar en la determinación de la NPSHR y definido como NPSH3.

También la Norma recomienda, que en muchos casos las pruebas de cavitación pueden ser

realizadas con agua clara desgasificada, puesto que otros líquidos diferentes a agua clara dificultan la

predicción exacta del comportamiento de la bomba en este tipo de pruebas.