Bombas centrífugas: 5. Cavitación y NPSH

Wilson Pérez Castro

2 Dec 201410:01

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

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🌀 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.

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🔧 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

La cavitación es un proceso que ocurre en bombas centrífugas y se refiere a la formación de burbujas de vapor cuando la presión del líquido cae por debajo de su punto de ebullición. Es fundamental para entender los problemas de eficiencia y daños en bombas, como se describe en el guion, donde se menciona que 'la cavitación generalmente es considerada como un proceso de dos partes'.

💡Altura neta positiva de aspiración (NPS H)

La NPS H es una medida crítica en el diseño y operación de bombas, que indica el nivel de energía de presión necesaria para evitar la cavitación. Se relaciona con el tema central del video al ser 'el criterio de diseño de todo impulsor', y se menciona que 'el criterio de diseño de todo impulsor requiere el suministro de un nivel mínimo de NPS H para un funcionamiento óptimo'.

💡Impulsor

El impulsor es la parte rotativa de una bomba centrífuga que acelera el fluido. Es clave en el proceso de cavitación, como se ilustra en el guion donde se describe que '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'.

💡Álabes

Los álabes son las curvas en las que se encuentran en el impulsor de una bomba centrífuga, y juegan un papel en el proceso de cavitación. En el guion se menciona que 'la segunda parte del proceso ocurre en las zonas de presión más alta en los álabes del impulsor', lo que muestra su importancia en la formación y colapso de las burbujas de vapor.

💡Recirculación de la espiración

La recirculación de la espiración es un fenómeno que ocurre en bombas centrífugas y se refiere a la circulación de fluido dentro de la bomba, causando daños. Se relaciona con el tema del video al ser mencionada como una 'condición considerada generalmente como consecuencia de la operación de la bomba con caudales muy bajos'.

💡Arrastre de aire

El arrastre de aire se refiere a la inclusión de aire en el fluido que puede causar daños similares a los de la cavitación. Es relevante para el tema del video, ya que se describe cómo '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'.

💡Pérdidas de carga

Las pérdidas de carga se refieren a la reducción de la energía del fluido a medida que pasa por la bomba o el sistema. Son importantes en el contexto del video al ser una de las cuatro variables que componen el NPS H disponible, como se indica en la frase 'y las pérdidas de carga en la línea de expiración'.

💡Frecuencia de paso por los álabes

La frecuencia de paso por los álabes es un término técnico relacionado con el diseño hidráulico de las bombas y puede causar problemas como la corrosión. Se menciona en el guion como un 'problema hidráulico de diseño conocido' que puede contribuir a los daños en las bombas.

💡Eje

El eje es la parte central alrededor de la cual gira el impulsor de la bomba y es crucial para su funcionamiento. En el guion se discute cómo 'para aplicaciones donde se desarrollan vibraciones debido a condiciones hidráulicas inestables se han diseñado especialmente bombas con ejes de mayor diámetro y más cortos', lo que muestra su importancia en la mitigación de los problemas de cavitación.

💡Vibración

La vibración es un fenómeno que puede causar daños en las bombas, especialmente cuando se asocia con cavitación. Se relaciona con el tema del video al ser mencionada como un efecto secundario de la cavitación que 'puede causar la falla prematura del sello y rodamientos'.

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.