fenómeno de cavitación en

bombas centrifugas.

AUTOR: ALVIMAR VARGAS

CI 23849955

Su origen Y su efectosPero antes de entender de qué se trata este fenómeno cavitación Debemos

comprender, en términos generales, cómo funciona una Bomba centrífuga.

La característica principal de una bomba centrífuga es que conviértela en energía

que provee el motor primero en velocidad y luego en energía de presión (de acuerdo al

principio de Bernoulli).El mecanismo de funcionamiento es usar el efecto centrífugo para

mover el líquido y luego aumentar su presión

La función principal de una bomba centrífuga es generar la presión suficiente de

descarga para luego poder superar la resistencia hidráulica que presenta el sistema. Pero

antes que todo, el líquido debe ser capaz para llegar a la bomba con una cierta energía a

la zona de succión, si esta energía es

Demasiado baja se produce un fenómeno común a la bombas centrífugas llamado

cavitación, que suele ser el principal problema en el bombeo de fluidos.

De acuerdo a su definición, la cavitación es “la formación de burbujas de vapor o

de gas en el seno de un líquido, causada por las variaciones que este experimenta en

su presión” .

De manera general, podemos decir que la cavitación en bombas es el fenómeno

que ocurre cuando un líquido que fluye alcanza su presión de vapor de tal forma que

parte de las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor,

formándose burbujas. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e

implosionan produciendo un arranque de metal de la superficie de la bomba. De esta

forma este proceso producirá efectos indeseados en las bombas centrífugas como

daños en rodetes, vibraciones en el equipo, pérdidas de rendimiento ya que la bomba

no cumplirá con su servicio básico de bombear un cierto caudal de líquido con cierta

energía, entre otras La cavitación se ha identificado como una de las principales

causas de la reducción en la confiabilidad de las bombas centrífugas, Pues en muchas

ocasiones se cree que la cavitación es un problema de la bomba en sí misma.

Pero más bien, es un problema de la instalación como veremos más

adelante, que aparece sólo en la bomba porque las condiciones han cambiado o

porque en primera instancia la bomba no se instaló de forma adecuada. La

detección de la cavitación y su consiguiente corrección evitará siempre un coste

innecesario sobre el equipo, así como el aumento de su fiabilidad y, a la larga, el

aumento de la eficiencia del proceso productivo.

Además, la cavitación suele generar gran controversia, porque algunas

veces las personas no están familiarizadas con sus causas, generando una

confusión respecto a si las consecuencias y daños presentadose deben a éste

fenómeno o a otros con secuelas similares. Por esto, se hace imperioso

recordar algunos conceptos físicos necesarios para comprender este concepto

FASE UNO: Formacion de Burbujas

Para entender por qué se forman las burbujas en la cavitación se hace conveniente recordar

una propiedad de los fluidos denominada presión de vapor. Esta es la presión que genera la fase

gaseosa o vapor sobe la fase sólida o líquida cuando ambas fases se encuentra en equilibrio

dinámico; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes(mientras

existan ambas). La ebullición de cualquier líquido dentro de un contenedor se produce ya sea

porque la presión externa disminuye hasta ser igual a su presión de vapor a una temperatura

determinada, o bien porque la temperatura del líquido aumenta hasta hacer que la presión de

vapor iguale a la presión externa. Ahí vemos que mientras menor es la temperatura, menor es la

presión de vapor del agua. Esto explica por qué en las altitudes sobre el nivel del mar (presiones

menores que 760 mm Hg), el agua hierve por debajo de100°Cy la comida demora más tiempo en

cocinar. A la presión atmosférica y en Figura 2: Diagrama de presión y temperatura del agua. el

punto de ebullición, pequeñas esferas de agua se convierten en burbujas de vapor, produciendo

con ello un aumento en los volúmenes originales de 1.600 veces.

Por ende, si la presión del líquido en algún punto de la bomba centrífuga cae o iguala la presión de

vapora la temperatura dada, se empezarán a formar burbujas o bolsas de vaporen los puntos de

nucleación (pequeñas microcavidades o imperfecciones sobre la superficie del rodete, pequeñas

partículas disueltas en el líquido, etc.) las cuales se expanden mientras residan en zonas de baja

presión.(Debemos aclarar que el proceso de aumentar la temperatura no se tomará en cuenta, ya que la

temperatura no varía tanto como la presión en una bomba).

La generación de estas burbujas en una bomba centrífuga se puede deber

principalmente a dos hechos:

1.Que la energía en el punto de entrada no es suficientemente alta para superar la caída de

presión interna asociada a la bomba.

2. La caída de presión en el interior de la bomba es más grande que la informada por el

fabricante. Los puntos en que generalmente se alcanzan los valores más bajos de presión en una

bomba no es en la entrada del rodete, sino más bien una vez dentro del rodete. La caída de presión

en un rodete presenta diferencias con respecto a la cara del álabe, b: si es la cara anterior(“m”)de un

rodete girando en sentido antihorario la caída de presión no es tan brusca como es.

FASE 2 EVOLUCION DE LAS BURBUJAS

Si no se ha producido ningún cambio en la operación, y la bomba sigue

cavitandose seguirán formando burbujas nuevas y las viejas seguirán creciendo en

tamaño .Las burbujas, que han sido creadas mayoritariamente en el ojo del rodete y

en la cara posterior de los álabes, comienzan a juntarse y a crecer a través del

rodete. Luego de esto comienzan a viajar a zonas de más alta presión, que son las

partes más lejanas radialmente del ojo del rodete, como se aprecia en la figura 10,

que aunque esta bomba tiene un inductor, nos sirve para visualizar que la presión va

a aumentando a medida que el fluido se aleja del centro del rodete.

FASE 3 IMPLOSION DE LAS BURBUJAS

Una vez que las burbujas alcanzan zonas de alta presión se produce

que llegan a un punto donde la presión exterior es mayor que la presión

dentro de las burbujas ,por lo tanto, estas son aplastadas por el líquido e

implosionan, de esta manera, muchas burbujas comienzan a colapsar de

manera asimétrica en los álabes. Al colapsar, el líquido alrededor de la

burbuja tiende a ocupar el volumen del vapor rápidamente alcanzando

grandes velocidades, estas gotas aceleradas chocarán con gran fuerza

sobre la superficie del rodete si las burbujas se crearon sobre éste

Efectos de la cavitación en las bombas centrífugas

1. Vibraciones y ruidos

2. Reducción de la cabeza de la bomba

3. Fluctuaciones en la capacidad o caudal de la bomba

4. Erosión o “pitting”

Cavitación en la tajamar de la voluta o de impulsión.

Esta situación se da cuando la altura De descarga es demasiado alta,

desplazando el punto de trabajo hacia la izquierda y fuera de la curva de

funcionamiento. La cavitación se localiza entre el extremo del álave del

rodete y donde acaba la envolvente del cuerpo o tajamar.El líquido se

“estira” debido al bajo caudal y a la alta presión diferencial en ambos lados

de la tajamar. Al paso de los álaves, se forman y se colapsan burbujas

continuamente .Entre un álave y el siguiente, aparecen burbujas que

permanecen en la tajamar hasta que el siguiente álave la alcanza. Es

entonces cuando se crea una presión suficiente que permitela implosión de

la burbuja en el extremo del álave.

En la parte posterior del álave ya se ha formado una nueva burbuja que

permanece ahí hasta que implosiona en el siguiente álave

Cavitación en el ojo del rodete o de aspiración.

Se produce cuando existe demasiado vacío que excede la presión

del vapor del líquido bombeado. El líquido hierve y se separa del resto.

Las bolsas de vacío aparecen en el centro del impulsor, que es la zona

de más baja presión, y se desplazan hasta su implosión o colapso

Este tipo de cavitación la causa una altura de aspiración excesiva o

bien, que el NPSH de la instalación se vuelva insuficiente por aumento

de la pérdida de carga en la succión de la bomba (obstrucciones

parciales).La bomba no provoca ambas situaciones Sino su

entorno(instalación / aplicación).