La cavitación es la formación y posterior colapso de un vapor dentro de un líquido. La cavitación se produce en bombas centrífugas y puede provocar graves daños e interrumpir el funcionamiento. El daño se produce cuando las burbujas colapsan y liberan energía. La gravedad del daño depende del líquido que se bombea, así como de la temperatura. Por ejemplo, la cavitación del agua provoca más daños que la del aceite, y la cavitación del agua fría provoca más daños que la del agua caliente. Existen dos tipos de cavitación:Cavitación Clásica y Cavitación de recirculación.
Ilustración de la formación y el colapso de burbujas de vapor a medida que el líquido se mueve a través del impulsor de la bomba.
Cavitación Clásica
La cavitación clásica ocurre cuando el líquido en la entrada del impulsor (ojo de succión) es tan bajo que parte del líquido se vaporiza antes de entrar en la bomba, formando burbujas de vapor. A medida que las burbujas de vapor se mueven hacia los conductos del impulsor y, finalmente, hacia la voluta, la presión aumenta y las burbujas colapsan. La causa de la cavitación clásica es la baja presión de succión dada la temperatura de succión y el caudal a través de la bomba.
- Si un tanque es la fuente de líquido para la bomba, a veces un nivel bajo del tanque puede causar baja presión de succión y, por lo tanto, provocar cavitación.
- Se deben analizar las condiciones de funcionamiento para descubrir otras causas de la baja presión de succión, como válvulas parcialmente cerradas, filtros o coladores obstruidos u otros problemas operativos antes de la bomba.
- Tenga en cuenta que la temperatura de succión determina la presión de vapor de un fluido. A medida que aumenta la temperatura, las burbujas de vapor se forman con mayor facilidad a una presión determinada y es posible que se requieran presiones más altas en el orificio de succión para evitar la cavitación.
- A medida que aumenta el caudal que pasa por una bomba, también aumenta la presión necesaria para evitar la cavitación en el orificio de succión. Esta presión se denomina altura de succión positiva neta disponible (NPSHA). La NSPHA debe ser mayor que la altura de succión positiva neta requerida (NPSH3) del fabricante, o anteriormente conocida como NPSHR. Dado que la NPSH3 es dinámica y cambia con el caudal, generalmente se puede encontrar graficada junto con la curva hidráulica de la bomba para la altura total desarrollada (TDH).
Un ejemplo de curvas hidráulicas. La línea superior muestra la TDH. La NPSH3 es la línea inferior. El “NPSH3 más margen mínimo” ilustra la NPSHA mínima deseada, considerando que la bomba ya estaría cavitando cuando la NPSHA cruce la NPSH3.
Ejemplo clásico de cavitación
Consulte la ilustración hidráulica anterior al visualizar este ejemplo. Digamos que una bomba está funcionando en BEP, generando 50 gpm de flujo, y la presión en el ojo de succión es ligeramente más alta que la presión requerida para evitar la cavitación. Esto da como resultado un punto en la curva NPSHA directamente debajo del cursor BEP ilustrado arriba. En este punto, el NPSHA es mayor que el NPSH3 y no se está produciendo cavitación. Luego, el flujo de la bomba aumenta a 75 gpm, lo que da como resultado un caudal cerca del final de la curva hidráulica (a la derecha). Incluso si la presión en el manómetro de succión permanece constante, el NPSHA cae debido a las presiones dinámicas dentro de la bomba, lo que hace que el NPSHA caiga por debajo del NPSH3 y resulte en cavitación. Para evitar esto, aumente la presión de succión de la bomba, baje la temperatura en la succión o disminuya el caudal.
Cavitación de recirculación
La cavitación por recirculación ocurre porque el caudal que pasa por la bomba no es ideal para su funcionamiento. El caudal es demasiado alto o demasiado bajo. Aumentar las presiones del sistema no resolverá la cavitación por recirculación. La única solución es operar la bomba dentro de la región operativa permitida (AOR). Para lograr la mejor confiabilidad de la bomba, esta debe operarse dentro de la región operativa preferida (POR), lo que optimiza la eficiencia energética, minimiza la vibración y minimiza los daños a la bomba debido a las condiciones hidráulicas de la bomba.
La cavitación por recirculación se puede dividir en cavitación por recirculación de succión y cavitación por recirculación de descarga, pero los daños que causan y las soluciones para resolverlos son similares. En cualquier caso, las inversiones de flujo en la succión o descarga del impulsor crean vórtices dentro de los conductos del impulsor, lo que crea puntos locales de baja presión en el fluido que causan cavitación.
El AOR lo define el fabricante de la bomba y debe proporcionarlo el OEM en cualquier compra. El AOR se define por un límite de flujo superior y un límite de flujo inferior. El límite de flujo superior suele ser el final de la curva de la bomba (el lado derecho de la curva, el caudal más alto dibujado en la curva). Sin embargo, en algunos casos, esto se puede extender más allá o limitar a valores inferiores al final de la curva. El límite inferior del AOR también se denomina Flujo estable continuo mínimo (MCSF). El funcionamiento por debajo del MCSF es la causa más frecuente de cavitación de recirculación y puede provocar un breve tiempo hasta la falla si se viola severamente.
El POR también tiene un límite de flujo superior e inferior, pero no siempre lo incluye el OEM de la bomba cuando se compra. Por lo general, el OEM puede compartir esa información a pedido, o puede intentar calcularla usted mismo. Para la mayoría de las bombas centrífugas que funcionan a una velocidad de bombeo, flujo y altura razonables, el límite inferior de POR es el 70% del caudal BEP. El límite superior de POR es el 120% del caudal BEP. Para diseños de bombas con velocidades de eje más altas o flujos altos con un TDH relativamente bajo, la región puede restringirse al 80%-120% o al 85%-115% del caudal BEP. En los diseños de bombas más restrictivos, con velocidades de eje muy altas o con una combinación de caudales muy altos con muy poco TDH, la región puede restringirse al 90%-110% del caudal BEP.
¿Cree que esto es demasiado? No dude en pedirle ayuda a un gerente de servicio de confiabilidad de Augury y lo ayudaremos a determinar los caudales adecuados para garantizar una buena confiabilidad de la bomba.
P.D.
La cavitación es diferente a las burbujas de aire o gas arrastradas que se encuentran naturalmente presentes en un fluido. Por ejemplo, si el nivel de un tanque se reduce demasiado sin prevención de vórtices, se pueden formar vórtices en el tanque y atraer aire o gas hacia el fluido. El fluido puede llevar esos gases hacia la bomba, lo que provoca fluctuaciones de flujo y presión. Estas pueden dañar la bomba o los cojinetes. Sin embargo, este tipo de problema no es cavitación.
La cavitación suena como si se bombeara grava. El ruido de la grava es en realidad el "pop" de las burbujas de cavitación cuando implosionan.
No toda la cavitación es mala y algunas bombas están diseñadas para funcionar con cavitación. Sin embargo, estos casos son poco comunes y, a menos que sepa que sus bombas están diseñadas para ello, debe evitar la cavitación.