Download - 5 CAVITACION
CAVITACIONNPSH REQUERIDO – NPSH DISPONIBLE
CAVITACIÓN
Limitaciones de la Succión
En gran parte, los problemas de bombas centrifugas son causados por deficiencias en las condiciones de succión!
No se puede enfatizar suficiente la importancia de mantener la bomba dentro de sus limites de presion
de succión
TENGA EN MENTE QUE...
Limitaciones de la Succión
NPSH “Net Positive Suction Head” Termino que se usa para cuantificar la
presion necesaria en la succión de la bomba que garantize un funcionamiento adecuado
En aplicaciones autocebantes es necesario considerar la cantidad de aire que la bomba tiene que evacuar
NPSH Disponible
La presion actuando sobre la superficie del liquido
La carga estatica “columna de agua” Las perdidas por friccion en la tuberia de
succion La velocidad del liquido en la succion La presion de vapor del liquido
Estos factores constituyen las condiciones dinamicas de succion y necesitan ser cuidadosamente consideradas antes de hacer la seleccion final de la bomba
Los factores que afectan el NPSH disponible son:
Un buen diseño permite un valor alto de NPSHA
Notas Mentales
Mal comportamiento de la bomba Vibración excesiva Operación ruidosa Fallo prematuro de los
componentes
NPSHA (disponible) Tiene que ser mucho mayor que el
NPSHR (requerido) por la bomba para prevenir:
Un buen diseño permite un valor alto de NPSHA
Presión Actuando En La Superficie del Liquido
Presión atmosférica Tanque Presurizado Tanque en Vacío La presión en él liquido es un
importante contribuyente del NPSHA de un sistema
Presión actuando en la superficie del liquido “La empuja” Hacia la bomba
Presión deVapor del Liquido
La presión de Vapor a una temperatura determinada indica el valor entre el estado liquido y gaseoso
La presión de Vapor tipicamente varia con la temperatura
La presión en la succión nunca debe bajar mas alla de la presión de vapor del liquido
La Presión deVapor del Liquido tiene que ser cuidadosamente considerada para garantizar el funcionamiento correcto de la bomba
Presión deVapor
Un liquido con una presión de vapor de 8 psi @ 100º F requiere al menos 8 psi de presión actuando sobre el liquido para conservar su estado
La presión en un sistema de manejo de liquidos debe ser igual o mayor a la presión deVapor del Liquido a travez del sistema.
Sin suficiente presión el liquido pasa a estado gaseoso y se dice que la bomba entra en cavitacion.
Presión deVaporEl agua ebulle a differentes temperaturas
dependiendo de: La presion Atmosferica Aire u otros gases disueltosLas soluciones tienden a tener presiones de vapor
mas altas que el liquido puro
Ejemplo: El aceite disuelve hasta un 10% de aire por volumen mientras que en la gasolina este valor puede llegar hasta un 20% (A presion atmosferica).
Mas tarde en la succion de la bomba se formaran burbujas que mas tarde produciran implosiones dañinas.
NPSH A(disponible)
NPSHA = Hpa - Hvp +- HZ - Hvh - HF
Donde:Hpa = La presion atmosferica / u artificial sobre el liquido
Hvp = La Presión de Vapor del Liquido
HZ = La elevación estatica por encima del ojo del impulsor
Hvh = Las perdidas de carga por velocidad
(El tipo de succion es determinante de estas)
HF = Las perdidas por fricción de la tubería de succión
NPSH Disponible
La presion actuando sobre la superficie del liquido
La carga estatica “columna de agua” Las perdidas por friccion en la tuberia de
succion La velocidad del liquido en la succion La presion de vapor del liquido
Estos factores constituyen las condiciones dinamicas de succion y necesitan ser cuidadosamente consideradas antes de hacer la seleccion final de la bomba
Los factores que afectan el NPSH disponible son:
Un buen diseño permite un valor alto de NPSHA
CAVITACION
CAVITACION
IMPLOSION BURBUJAS
FRENTE ALABES
PARTE TRASERA
ENTRADA SALIDA
DESARROLLO DE LA PRESION EN UN IMPULSOR
IMPLOSION BURBUJAS
CURVA BOMBA CAVITANDO
CAVITACION
NPSH REQUERIDO SIN Y CON AIRE/GAS
PARAMETROS PARA EL CALCULO DEL NPSH DISPONIBLE
Presión de Vapor• Un líquido hierve cuando su presión de vapor es
igual a la presión que lo rodea. • La presión de vapor es causada por un equilibrio
entre las moléculas del fluido en el estado gaseoso y las moléculas del fluido en el estado líquido.
Por ejemplo, a 150°F, la presión de vapor del agua es de 3.7 psia. A 180°F, la presión de vapor es de 7.5 psia.
# de moléculasfluido al gas = # de moléculasgas al fluido
Altura Neta De Succión Positiva (NPSH)• Las bombas pueden bombear solamente líquidos, no
vapores.• La operación satisfactoria de una bomba requiere que la
vaporización del líquido que es bombeado no ocurra bajo ninguna condición de operación.
• 1 pie3 de agua a temperatura ambiental se convierte en 1700 pies3 de vapor.
• Si se quiere bombear un fluido efectivamente, se debe mantener siempre en forma líquida.
• La vaporización comienza cuando la presión del vapor del líquido es igual a la presión de succión o la Altura (cabeza) total de succión.
Hs = hvp
NPSH • Cualquier disminución en la presión de succión o aumento
en la temperatura de operación puede inducir la vaporización.
• Así que, la bomba necesita tener siempre una cantidad de cabeza total de succión suficiente para impedir la vaporización. Aquí es donde entra el concepto de NPSHr.
• NPSHr se define como la cabeza neta de succión positiva requerida.
• Son valores que publica el fabricante de bombas en forma de curva para el rango de capacidad de la bomba que indican el valor mínimo de cabeza total de succión donde vaporización del líquido comienza.
NPSH • El NPSHr es obtenido por el fabricante de la
bomba probando la bomba a diferentes flujos de agua. Cuando las primeras señales de vaporización ocurren, se apunta la presión de succión y se convierte a cabeza.
• Esta cabeza es el número principal publicado en la curva característica de la bomba, bajo la curva denominada NPSH Req.
Una manera sencilla de entender el NPSHr es llamarlo la presión de succión mínima necesaria para mantener el fluído bombeado en su forma líquida
ZONA DE CAVITACION
ENSAYO VISUALIZACION
Curva del NPSHr
T.D.H.(ft)
Capacidad (gpm)
0 100 200 300 400 500 600
20
40
60
80
100
120 9" Impulsor
8.5 " Impulsor
B.H.P.
0
20
10b.h.p. @ sp. gr. = 1.
3500 R.P.M.
NPSH Req
0
10
15
20
25
30
NPSH
NPSH REQUERIDO
Altura Neta de Succión Positiva Disponible (NPSHa)
• NPSHa es función del sistema en el cual la bomba funciona, en comparación con NPSHr, que es función del diseño de la bomba.
• NPSHa es el exceso de presión que el líquido tiene sobre su presión de vapor al llegar a la succión de la bomba, para asegurar que la bomba seleccionada no entre al proceso de cavitación..
• NPSHa = Hs - hvps
• NPSHa debe ser más grande que NPSHr para que la bomba opere apropiadamente.
• Es práctica normal tener por lo menos de 2 a 3 pies adicionales de NPSHa en la succión para evitar problemas.
Ejercicio
Usted tiene una bomba que está tratando de bombear 300 gpm de agua a una temperatura de 110 grados F. La presión de succión de la bomba indica 3 psig. ¿Es el NPSHa mayor que el NPSHr? ¿Llegará a cavitar la bomba? Fórmula: h=p*2.31/SGSG del agua = 1.0NPSHa = Hs – hvphvp del agua a 110°F = 2.94 pies
T.D.H.(ft)
Capacidad (gpm)
0 100 200 300 400 500 600
20
40
60
80
100
120 9" Impulsor
8.5 " Impulsor
B.H.P.
0
20
10b.h.p. @ sp. gr. = 1.
3500 R.P.M.
NPSH Req
0
10
15
20
25
30
NPSH
Solución
Usted tiene una bomba que está tratando de bombear 300 gpm de agua a una temperatura de 110 grados F. La presión de succión de la bomba indica 3 psig. ¿Es el NPSHa mayor que el NPSHr? ¿Llegará a cavitar la bomba? Fórmula: h=p*2.31/SGSG del agua = 1.0NPSHa = Hs – hvphvp del agua a 110°F = 2.94 pies
T.D.H.(ft)
Capacity (gpm)
0 100 200 300 400 500 600
20
40
60
80
100
120 9" Impeller
8.5 " Impeller
B.H.P.
0
20
10b.h.p. @ sp. gr. = 1.
3500 R.P.M.
NPSH Req
0
10
15
20
25
30
NPSH
x
Respuesta:
Hs = 2.31*3/1 = 6.93 pies
NPSHa = 6.93-2.94= 3.99 pies
El NPSHr a 300 gpm es alrededor de 10 pies, por lo tanto cavitación ocurrirá.
Ejercicio
T.D.H.(ft)
Capacidad (gpm)
0 100 200 300 400 500 600
20
40
60
80
100
120 9" Impulsor
8.5 " Impulsor
B.H.P.
0
20
10b.h.p. @ sp. gr. = 1.
3500 R.P.M.
NPSH Req
0
10
15
20
25
30
NPSH
Usted está teniendo problemas con el desempeño de una bomba que está bombeando agua y quiere determinar si es un problema mecánico o si la bomba está cavitando. Determine si el NPSHa es suficiente para impedir la cavitación. El flujo actual es de 500 gpm, la presión de succión es de 15 psig, y la temperatura es de 80°F.
Fórmula: h=p*2.31/SGSG del agua = 1.0NPSHa = Hs – hvphvp del agua a 80°F = 1.17 pies
Ejercicio: SoluciónUsted está teniendo problemas con el desempeño de una bomba que está bombeando agua y quiere determinar si es un problema mecánico o si la bomba está cavitando. Determine si el NPSHa es suficiente para impedir la cavitación. El flujo actual es de 500 gpm, la presión de succión es de 15 psig, y la temperatura es de 80°F.
T.D.H.(ft)
Capacity (gpm)
0 100 200 300 400 500 600
20
40
60
80
100
120 9" Impeller
8.5 " Impeller
B.H.P.
0
20
10b.h.p. @ sp. gr. = 1.
3500 R.P.M.
NPSH Req
0
10
15
20
25
30
NPSH
x
Fórmula: h=p*2.31/SGSG del agua = 1.0NPSHa = Hs – hvphvp del agua a 80°F = 1.17 pies
Respuesta:Hs = Psucción*2.31/SG = 15*2.31/1 Hs = 34.65 piesNPSHa = 34.65 – 1.17 = 30.05 pies
El NPSHr a 500 gpm es alrededor de 23 pies, por lo tanto cavitación no ocurrirá.
MARGENES DE SEGURIDAD PARA NPSH
NPSH DISPONIBLE
SELECCIÓN NPSH REQUERIDABOMBAS DE SIMPLE Y DOBLE SUCCION – CON BASE EN LA VELOC. ESP. DE SUCCION
CALCULOS NPSH
Velocidad Específica de succiónMss. = RPM x GPM .5
ANPAR .75
ANPAR = ANPA requerido, en pies. ; Gpm= Caudal de eficiencia máx.(La mitad p/ impulsores de doble succión))
• Es un número índice que indica la característica de succión de un impulsor determinado.
• Se usa para comparar características de succión de distintos diseños, o evaluar la evolución del ANPAR con distintas velocidades.
• Para elevados valores de Nss, el impulsor tiene menor capacidad de trabajar alejado del PME, por recirculación en el ojo y por cavitación hidrodinámica.
VELOCIDAD ESPECIFICA DE SUCCION
CAVITACION
CAVITACION - IMPLOSION
IMPLOSION DE UNA BURBUJA
Microjetting – High Speed Photograph
• Microjet has formed• Vapor bubble is in the
process of imploding towards the nearby hard surface
• Shockwaves generated by microjetting can be up to 145,000,000 psi
• This pressure vastly exceeds the compressive strength of any metal alloy
CAVITACIONDISTRIBUCION BURBUJAS Y PERDIDA DE PESO POR UNIDAD DE TIEMPO EN FUNCION DEL COEF. DE CAVITACION A ALTURA CTE
CAVITACION INGRESO IMPULSOR
NPSH DISPONIBLE
PLANO REFERENCIA PARA NPSH
NPSH Margin for Centrifugal and Vertical Pumps - HI 9.6.1
• NPSH Margin = NPSHA - NPSHR
Up to 2.5 times NPSHR to achieve 100% pump differential head
• NPSH Ratio = NPSHA/NPSHR
Ratio of 2 to 20 to eliminate incipient cavitation
Inducers are beyond the scope of HI 9.6.1
Suction Energy
• Suction Energy Increases Due To:– Suction Nozzle Size– Pump Operating Speed– Suction Specific Speed– Fluid Specific Gravity
RELACION NPSHA / NPSHR
CAVITACION “PITTING”
CAVITACION “AGUJEROS”
IMPULSOR DAÑADO POR CAVITACIÓN
MEJORA NPSH - INDUCTOR
INDUCTORES
Inducer Performance
"GENTLE" BREAKDOWN
3% PUMP SUPPRESSION1% SUPPRESSION
"SHARP" BREAKDOWN
100%
97%
AdequateNPSHA
PU
MP
OR
IND
UC
ER
HE
AD
RIS
E
NPSH
P vap
P liquid
Head
DistanceA B C D E
A : Pump SuctionB : Inducer InletC : Impeller InletD : Diffuser Throat InletE : Pump Discharge
Inducer Effect
Inducer Effect
NPSHShowing operating range of normal Impeller
H
Q
Operating Parameters
Best Efficiency Point
Min
imu
ms
afe
flo
w
Ma
x.
flo
w
NPSH Required
NPSH Available
Operating Range
NPSHShowing difference between the operating range of Impeller and Inducer
H
Q
Operating Parameters
Best Efficiency Point
Min
imu
ms
afe
flo
w
Ma
x.
flo
w
ImpellerNPSH Required
NPSH Available
Inducer NPSH Required
InducerOperating
Range
April 28 - May 2nd 2003©Sundyne Corporation
Sales Excellence TrainingArvada, Colorado
Inducer Cavitation
Effect of Air/Gas in Liquid
This has two effects:-1. Effects all centrifugal pumps Chokes Impeller eye with gas, causing progressive loss in pump head and flow
Operating Parameters
H
Q
0% Gas
1% Gas2% Gas3% Gas
RECIRCULACION
VORTICE DE TAYLOR