Fenómeno de cavitación en bombas centrifugas

1. fenómeno de
cavitación en bombas
centrifugas.
AUTOR: ALVIMAR VARGAS
CI 23849955

2. Su origen Y su efectos
Pero 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.

3. 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.

4. 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

5.  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.

6. 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.

7.  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.

8.  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

9.  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”

10.  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

11.  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).