Bombas centrífugas: 5. Cavitación y NPSH
Summary
TLDREl guion trata sobre la cavitación en bombas centrífugas y su relación con la altura neta positiva de aspiración (NPS H). Se describe cómo la cavitación ocurre cuando la presión cae por debajo de la de vaporización, formando burbujas que colapsan en zonas de alta presión, causando daños en el impulsor y reduciendo la eficiencia de la bomba. Se discuten causas y soluciones, como disminuir el NPS H requerido o aumentar el disponible, mejorando el diseño hidráulico y considerando factores como la altura estática, la presión atmosférica y pérdidas de carga. El texto enfatiza la importancia de entender estos conceptos para prevenir y solucionar problemas de cavitación.
Takeaways
- 🌀 La cavitación es un proceso de dos partes en bombas centrífugas, causado por cambios de presión que llevan a la formación de burbujas de vapor y su posterior colapso en zonas de alta presión.
- 💥 La formación de burbujas de vapor ocurre cuando la presión cae por debajo de la presión de vapor del líquido, lo que puede resultar en daños en el impulsor de la bomba.
- 🔍 La segunda parte del proceso de cavitación se da en las zonas de alta presión, donde las burbujas se desploman y causan daños por la generación de niveles de energía alta.
- 📉 La cavitación puede reducir la altura total desarrollada por la bomba y empeorar a medida que la condición avanza, afectando negativamente el rendimiento.
- 🔧 Otros factores operativos pueden causar daños similares a la cavitación, como la recirculación de espiración y la recirculación de impulsión, que pueden confundirse con cavitación.
- 🌬 El arrastre de aire puede causar daños similares a la cavitación, ya que las burbujas de vapor ya se encuentran en el líquido antes de llegar a la bomba.
- 📏 La altura neta positiva de aspiración (NPS H) es un criterio de diseño clave para evitar la formación de burbujas de vapor y, por lo tanto, la cavitación.
- ⚙️ Para evitar daños por cavitación, el NPS H disponible en el sistema debe ser mayor que el NPS H requerido por la bomba.
- 🔄 Existen alternativas para reducir el problema de cavitación, como disminuir el NPS H requerido o aumentar el NPS H disponible, a través de varias estrategias de diseño y operación.
- 🛠️ La solución al problema de cavitación puede incluir cambios en el diseño de la bomba, como aumentar la entrada del impulsor o instalar un inductor de aspiración, o mejorar el sistema de bombeo.
- 🛡️ En casos extremos donde no se pueden realizar cambios, se debe aprender a vivir con la cavitación y buscar minimizar sus efectos, como reducir los daños al impulsor y las vibraciones.
Q & A
¿Qué es la cavitación y cómo se relaciona con la hidráulica de bombas centrífugas?
-La cavitación es un proceso que ocurre en bombas centrífugas cuando la presión del líquido cae por debajo de su presión de vapor, formando burbujas de vapor. Es un fenómeno de dos partes que puede causar daños en el impulsor de la bomba y reducir su eficiencia.
¿Cuáles son las dos partes del proceso de cavitación en una bomba centrífuga?
-La primera parte ocurre cuando la presión cae por debajo de la presión de vapor y se forman burbujas de vapor en la entrada del impulsor. La segunda parte ocurre en las zonas de alta presión, donde las burbujas se desploman causando daños en el metal del impulsor.
¿Qué fenómenos pueden confundirse con la cavitación en bombas centrífugas?
-La recirculación de la espiración y el arrastre de aire pueden causar daños similares a los de la cavitación y a veces pueden ser confundidos con ella, especialmente cuando se producen bajo condiciones de caudales bajos o por diseño hidráulico deficiente.
¿Qué es la altura neta positiva de aspiración (NPSH) y por qué es importante?
-La altura neta positiva de aspiración (NPSH) es la energía de presión requerida para evitar la formación de burbujas de vapor en la entrada del impulsor. Es crucial para el diseño y operación de una bomba, ya que una insuficiente NPSH puede llevar a la cavitación y daños en la bomba.
¿Cómo se puede calcular el NPSH disponible en un sistema de bomba?
-El NPSH disponible se compone de cuatro factores: la altura estática sobre el impulsor, la presión atmosférica en la superficie del líquido, la presión de vapor del líquido y las pérdidas de carga en la línea de aspiración. Se puede calcular con una ecuación que toma en cuenta estos factores.
¿Qué alternativas se tienen para eliminar el problema de la cavitación en una bomba?
-Para eliminar la cavitación, se pueden reducir los requisitos de NPSH de la bomba o aumentar el NPSH disponible en el sistema. Esto puede lograrse modificando el diseño de la bomba o mejorando el diseño del sistema de bombeo.
¿Cómo se pueden reducir los requisitos de NPSH de una bomba sin cambiar las condiciones de bombeo?
-Se pueden reducir los requisitos de NPSH aumentando la entrada del impulsor, instalando un inductor de aspiración, utilizando un impulsor de doble expulsión, una bomba de velocidad más baja con un impulsor más grande, varias bombas en paralelo o una bomba de refuerzo en serie.
¿Cómo se puede aumentar el NPSH disponible en el sistema de bombeo?
-El NPSH disponible puede aumentarse elevando el nivel del líquido, enfriando el líquido para reducir la presión de vapor, mejorando la tubería de aspiración o reduciendo las pérdidas de carga en la línea de aspiración.
¿Qué medidas se pueden tomar para reducir los daños en el impulsor de la bomba causados por la cavitación?
-Los daños en el impulsor pueden reducirse cambiando a un material más resistente, aplicando recubrimientos duros o utilizando bombas con ejes más gruesos y más cortos para minimizar las vibraciones.
¿Por qué es importante entender la relación entre la cavitación y la NPSH en el diseño de sistemas de bombeo?
-Un claro entendimiento de la cavitación y NPSH ayuda a prevenir problemas desde el diseño inicial, evitando daños en la bomba y garantizando un funcionamiento eficiente y seguro del sistema de bombeo.
Outlines
🌀 Cavitación y su impacto en la hidráulica de bombas centrífugas
El párrafo 1 explora la cavitación en bombas centrífugas, un fenómeno complejo que se relaciona con la altura neta positiva de aspiración (NPSH). Se describe como un proceso de dos etapas: la formación de burbujas de vapor cuando la presión del fluido cae por debajo de su punto de ebullición y la implosión de estas burbujas en zonas de alta presión, causando daños en el metal de la bomba. Además, se discuten factores operativos que pueden confundirse con la cavitación, como la recirculación de espiración y la recirculación de impulsión, y el arrastre de aire, que pueden causar daños similares. Se enfatiza la importancia de la relación entre la energía de presión requerida (NPSHr) y la energía de presión disponible (NPSHa) para prevenir la cavitación y los daños en la bomba.
🔧 Soluciones para prevenir la cavitación en bombas centrífugas
El párrafo 2 se centra en las soluciones para evitar la cavitación en bombas centrífugas. Se sugieren varias opciones para reducir la energía de presión requerida por la bomba, como aumentar la entrada del impulsor, instalar un inductor de aspiración o utilizar bombas con características específicas. También se discuten métodos para aumentar la energía de presión disponible en el sistema, como modificar la altura estática, la presión atmosférica, la presión de vapor y reducir las pérdidas de carga en la línea de aspiración. Se enfatiza la importancia de comprender y diseñar correctamente estos factores para prevenir problemas de cavitación y prolongar la vida útil de la bomba.
Mindmap
Keywords
💡Cavitación
💡Altura neta positiva de aspiración (NPS H)
💡Impulsor
💡Álabes
💡Recirculación de la espiración
💡Arrastre de aire
💡Pérdidas de carga
💡Frecuencia de paso por los álabes
💡Eje
💡Vibración
Highlights
La cavitación es un proceso de dos partes causado por cambios de presión en la bomba centrífuga.
La primera parte de la cavitación ocurre cuando la presión cae por debajo de la presión de vapor del líquido.
La segunda parte de la cavitación se produce en zonas de alta presión, donde las burbujas de vapor se desploman.
La cavitación puede causar daños significativos al impulsor de la bomba y reducir la altura total desarrollada.
La recirculación de espiración y la recirculación de impulsión son factores operativos que pueden ser confundidos con la cavitación.
El arrastre de aire es una condición que puede causar daños similares a los de la cavitación.
La altura neta positiva de aspiración (NPS H) es un criterio de diseño clave para evitar la cavitación.
El NPS H disponible debe ser mayor que el NPS H requerido para prevenir daños por cavitación.
Existen alternativas para eliminar problemas de cavitación, como reducir el NPS H requerido o aumentar el NPS H disponible.
Se pueden aumentar la entrada del impulsor o instalar un inductor de aspiración para reducir el NPS H requerido.
Otras opciones para reducir el NPS H requerido incluyen usar un impulsor de doble expulsión o varias bombas en paralelo.
El NPS H disponible se compone de la altura estática, la presión atmosférica, la presión de vapor y las pérdidas de carga.
Para aumentar el NPS H disponible, se pueden mejorar el diseño de la tubería de aspiración y reducir pérdidas de fricción.
El diseño de un nuevo sistema debe tener en cuenta el NPS H requerido por la bomba para evitar cavitación desde el principio.
La cavitación puede ser leve con una reducción del 3% en la altura total sin causar daños significativos.
Los daños al impulsor pueden reducirse cambiando a un material más resistente o aplicando recubrimientos duros.
La reducción de vibraciones en la bomba puede minimizar la falla prematura de sellos y rodamientos.
Un entendimiento claro de la cavitación y el NPS H es crucial para proporcionar soluciones prácticas a problemas de bombas.
Transcripts
cavitación inps h
y medio
la cavitación y su relación con la
altura neta positivo de aspiración
continúa siendo uno de los temas más
intrigantes cada vez que se habla de
hidráulica de bombas centrífugas
la cavitación generalmente es
considerada como un proceso de dos
partes causado por los cambios en la
presión cuando el líquido pasa por el
impulsor la primera parte del proceso de
cavitación ocurre cuando la presión cae
por debajo de la presión de vapor del
líquido y se forman burbujas de vapor en
la boca de entrada del impulsor la
segunda parte del proceso ocurre en las
zonas de presión más alta en los álabes
del impulsor cuando el impulsor gira la
acción centrífuga mueve las burbujas a
lo largo de los álabes hasta las zonas
de presión alta donde se desploman en
una serie de impresiones estas
inclusiones desarrollan niveles de
energía que sobrepasan por mucho la
resistencia punto cedente de la mayoría
de los materiales de bombas y crean
pequeñas cavidades en el metal esta
condición es acompañada por ruido
niveles de alta vibración y una
reducción en la altura total
desarrollada por la bomba a medida que
la cavitación empeora todos los efectos
también aumentan los daños al impulsor
también empeoran y bajo condiciones muy
severas pueden encenderse a la carcasa
características similares también pueden
ser causadas por otros factores
operativos los cuales a veces pueden ser
confundidos con la cavitación
la recirculación de la espiración ocurre
entre los árabes y causa daño sin
corrosión a lo largo del lado posterior
o cóncavo de los mismos esta condición
es considerada generalmente como
consecuencia de la operación de la bomba
con caudales muy bajos
la recirculación de la impulsión ocurre
en el diámetro exterior del impulsor y
causa daños de corrosión en las puntas
de los álabes y algunas veces cerca del
tajamar de la carcasa estos defectos
también pueden ser causados por las
condiciones de caudales bajos o por un
problema hidráulico de diseño conocido
como frecuencia de paso por los álabes
el arrastre de aire define una amplia
variedad de condiciones cuando las
burbujas de vapor ya se encuentra en el
líquido antes que éste llegue a la bomba
lamentablemente causa los mismos daños
de corrosión y en los mismos lugares que
la cavitación esto hace muy difícil
identificar la verdadera causa de los
daños especialmente porque pueden
ocurrir al mismo tiempo
en el arrastre de aire las burbujas de
vapor podrían ser parte inherente del
líquido tal como en cualquier proceso
efervescente o de fermentación o ser
causados por una temperatura operativa
cerca del punto de ebullición el aire
también podría ser arrastrado dentro del
sistema debido al mal diseño de tanque
de aspiración o inclusive puede ocurrir
entre el sistema por tuberías
inadecuadas todos estos factores causan
daños de corrosión por la formación y el
desplome subsecuente de las burbujas de
vapor
las diferencias están en la manera en
que las burbujas son formadas y el lugar
en que ocurren la resultante implosión
la causa más común de los daños de la
corrosión es la cavitación real que
ocurre cuando las burbujas de vapor son
formadas por energía de presión
insuficiente en la boca de la entrada
del impulsor
la energía de presión requerida para
evitar la formación de burbujas de bajo
vapor esta condición es referida como
altura neta positiva de aspiración o en
fp h
el criterio de diseño de todo impulsor
requiere el suministro de un nivel
mínimo de nps h para un funcionamiento
óptimo
este nivel mínimo de energía de presión
se identifica como ns ph requerido y es
estrictamente una función del diseño de
la bomba y de su velocidad de rotación
la energía de presión requerida por una
bomba es provista por el sistema en que
la bomba está funcionando esta se
identifica como el gps h disponible y es
una función exclusiva del diseño del
sistema
consecuentemente para evitar daños
serios causados por la cavitación del
nps h disponible debe ser mayor que el
mp sh requerido
sin embargo el gps h disponible es menor
que el msp al ser requerido ocurre la
cavitación real y existen solamente dos
alternativas para eliminar el problema
ya sea disminuyendo el mps h requerido o
aumentando el gps h disponible
primero vamos a considerar la
posibilidad de reducir el n esp h
requerido por la bomba esto puede
lograrse solamente en las siguientes
formas limitadas sin cambiar las
condiciones de bombeo
a aumentar en la boca de la entrada del
impulsor desafortunadamente esto puede
causar dificultades de circulación y
debe ser considerado únicamente como
último recurso y con participación del
fabricante de la bomba
e instalar un inductor de aspiración en
la boca de la entrada del impulsor
debido a que muy pocos fabricantes de
bombas tienen disponibles inductores de
expiración su aplicación práctica es
sumamente reducida usar una bomba con un
impulsor de expiración doble
usar una bomba de velocidad más baja con
un impulsor de diámetro más grande
usar varias bombas de menor caudal en
paralelo
e instalar una bomba de refuerzo en
serie en la aspiración de la bomba
principal
aunque las dos primeras opciones
refieren a modificar la bomba existente
todas las demás requieren la compra de
una bomba nueva por lo menos
parece lógico entonces considerar la
otra solución que es aumentar el n s h
disponible del sistema
nps h disponible un sistema está
compuesto de cuatro factores solamente
la altura estática sobre la línea
central del impulsor la presión
atmosférica en la superficie del líquido
en el tanque de aspiración abierto la
presión del vapor del líquido y las
pérdidas de carga en la línea de
expiración
el mps h disponible puede calcularse en
valores absolutos con esta ecuación
un estudio detallado de los cuatro
factores mostrar a todos los medios
posibles para aumentar el gps h
disponible
estoy soltando la altura estática en el
sistema básico es obvio que se le puede
aumentar únicamente haciendo lo
siguiente
elevando el estanque
elevando le el nivel del tanque
o bajando la bomba esta también será el
caso cuando la bomba se encuentra por
encima del nivel del líquido de aspirar
y el valor hs sea negativo para aumentar
el valor de la presión h en el tanque de
expiración la única opción disponible es
priorizar el tanque
para reducir efectivamente el valor de
la presión de vapor hvp debemos enfriar
el líquido
para reducir las pérdidas por fricción
en el sistema hf podemos mejorar la
tubería de la aspiración aumentando el
diámetro de los tubos
disminuyendo el largo de los tubos
cambiando las conexiones de los tubos
modificando el tipo de válvula
o reduciendo su cantidad
estas son las únicas opciones
disponibles que pueden aliviar el
problema sin cambiar las condiciones de
bombeo
en la gran mayoría de los casos una o
más de estas opciones proveerán
suficiente npc h disponible adicional
para satisfacer las necesidades de la
bomba
teniendo en cuenta estos mismos factores
durante el diseño y construcción de
cualquier nuevo sistema puede evitarse
que el problema ocurra desde el primer
momento
en el diseño de un nuevo sistema debe
notarse que las medidas adoptadas del
nps h requerido por la bomba están
normalizadas a un nivel donde ya existe
una ligera cavitación sin embargo se
evidenciará solamente un 3% de reducción
de la altura total a este nivel las
impresiones rara vez son lo
suficientemente serias como para causar
cualquier daño de corrosión obligación
importantes en caso de donde es
imposible efectuar cualquier acción
correctiva la opción final es vivir con
la cavitación y tratar de reducir al
mínimo los daños del impulsor y los
efectos de duración los daños al
impulsor pueden reducirse en varias
formas dependiendo del material del
impulsor y del servicio en que la bomba
está funcionando un simple cambio a un
material de impulsor más resistente
puede aumentar la asistencia o punto
cedente y minimizar los daños
en algunos casos un recubrimiento duro
sobre el impulsor existente podría ser
una solución aceptable la vibración
puede causar la falla prematura del
sello y rodamientos pero esto puede
minimizarse reduciendo el factor de
flexión del eje
además para aplicaciones donde se
desarrolla vibraciones debido a
condiciones hidráulicas inestables se
han diseñado especialmente bombas con
ejes de mayor diámetro y más cortos
un claro entendimiento de la cavitación
y de la altura neta positiva de
aspiración y de su interrelación
proporcionarán soluciones prácticas a
los problemas de bombas con cavitación
pero
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