La bomba hidrostal 100-200 se sometió a un ensayo de cavitación para calcular el caudal vs la altura máxima de succión. Se midieron varios parámetros como la velocidad de la bomba, temperatura del agua y altura en el vertedero para tres mediciones. Los cálculos incluyeron perdidas de carga, número de Reynolds, factor de fricción y altura disponible vs requerida para determinar la altura máxima de succión sin cavitación.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
ESCUELA PROFESIONA DE INGENIERÍA MECÁNICA
MECÁNICA DE FLUIDOS II
ENSAYO DE CAVITACION EN LA BOMBA
100-200
Docente: DR. HUATUCO GONZALES Mario
Integrantes: CHOCCA RAMOS Hubert Jhonatan
HILARIO ANTONIO Miguel Pedro
GARCIA CUSICHI Kengi Hernan
VILLEGAS QUISPE Andres
Semestre: VI
Huancayo – Perú
2017

2. 1. OBJETIVO:
Calcular caudal vs la altura máxima de succión de la bomba hidrostal 100-
200.
2. MARCO TEÓRICO:
2.1. Cavitación:
Durante el funcionamiento de la bomba se establece una depresión en su
línea de aspiración. Si el nivel del agua a aspirar se encuentra por debajo
de la bomba, la presión atmosférica actuante sobre la superficie hace, por
si sola, subir el agua. Teóricamente, y salvo rozamientos, podría vencer
una altura de 10.33 m.
Sin embargo no se aconseja en ningún caso superar los 8 m si no
queremos que sobrevenga el problema de cavitación del que hablamos a
continuación.
Las partículas de agua pierden su presión atmosférica inicial a medida
que se acercan a la bomba, al entrar en los alabes del rodete se produce
en el mismo una nueva caída de presión. Si la presión resultante en algún
punto es inferior a la presión de vapor del líquido, se forman bolsas de
vapor. Estas burbujas son arrastradas por el flujo y llegan a zonas donde
la presión aumenta, allí se juntan bruscamente y el vapor se vuelve a
condensar. Teniendo en cuenta que al vaporizarse el agua aumenta de
volumen 1.700 veces, al condensarse disminuye de volumen en la misma
proporción; en los espacios vacios se precipita el agua que fluye a
continuación golpeando contra la superficie de los alabes. De este modo
se ocasionan presiones locales que pueden alcanzar los 1.000 Kp/cm2.
El fenómeno, conocido como “aspiración en vacio” o “cavitación” produce
el deterioro de la bomba.
2.2. Calculo de la altura geométrica máxima de aspiración:
Altura positiva neta de aspiración (APNA) o net positive suction head
(NPSH), (carga de succión neta positiva) de una bomba:
Durante la aspiración la propia bomba, tanto por conversión de la presión
en energía cinética, como por rozamiento del agua en sus elementos,
gasta parte de la presión atmosférica inicial del agua. Tal pérdida de
presión es característica de cada bomba: es mayor en aquellas muy
revolucionadas y en las de amplios diámetros de entrada. Teniendo en
cuenta que durante el funcionamiento las pérdidas aumentan con el
caudal circulante el fabricante, mediante fórmulas "ad hoc" y ensayos,
establece tales pérdidas para los posibles caudales y las incluye en la hoja
de características por medio de una curva denominada "Curva de NPSH
de la bomba" de la siguiente figura:

3. La NPSH, como hemos dicho, depende de la construcción de la bomba y varía
con cada posición de la bomba (curva Q-H); tiene el valor mínimo para Q=o y
crece fuertemente al aumentar el agua elevada.
Centrándonos ahora en la instalación se trata de averiguar qué presión
atmosférica ha de quedar en el proceso íntegro de la aspiración para que no se
produzca cavitación.
En la instalación de las bombas de la FIM se tiene que observar las tuberías de
succión:
NPSH (Requerido)
Es la NPSH mínima que se necesita para evitar la cavitación. Depende de las
características de la bomba, por lo que es un dato regularmente proporcionado por
el fabricante.
NPSHr = Hz + (V2
/2g)
Donde:
Hz = Presión absoluta mínima necesaria en la zona inmediata anterior a los alabes.
V2
/2g = Carga cinética correspondiente a la velocidad de entrada del líquido en la
boca del impulsor.
NPSH (Disponible) (Hsmax)
Depende de las características de la instalación y del líquido a bombear. Esta es
independiente del tipo de bomba y se calcula de acuerdo a las condiciones
atmosféricas y de instalación/operación.
Hsmax= Hatm – Hsat – Hp - ∆h
∆h= ρH
H =Altura neta positiva de succión de la bomba
ρ= 2,14 x 10−4
x(𝑁𝑒𝑞)4/3
Neq = 3,65 x
𝑁√𝑄
𝐻3/4

4. Donde:
Patm : presión atmosférica del lugar en m.c.a.
Hp: perdidas de carga desde la toma hasta el eje de la bomba en m.c.a.
∆h : valor del parámetro en la posición de la bomba considerada en m.
Hsat : presión de vapor del líquido a la temperatura ambiente.
Hg : altura máxima de aspiración en m.
Por lo tanto, para evitar cavitación en la bomba y asegurar el correcto
funcionamiento de una instalación, el NPSH disponible debe ser siempre mayor al
NPSH requerido por la bomba.
NPSHd > NPSHr
Cuadro de valores para la utilización de esta fórmula:
Altura
s/el mar (m)
Patm (m) Temp. del agua
(0C)
p0 .v. (m.c.a.)
0 10,33 10 0,125
1.000 9,16 20 0,238
2.000 7,95 30 0,433
3.000 7,20 40 0,752
4.000 6,16 50 1,258
6.000 4,72
Primero se debe calcular estos valores según la altura a la que se encuentra el
lugar.
Tomando referencia del distrito El Tambo, pues en este distrito se encuentra la
universidad, debemos interpolar los datos con la siguiente fórmula:
Y= (x – x1/x2 – x3) x (y2 – y1) + y1
Y= (3260 – 3000/4000 – 3000) x (6,16 – 7,20) + 7,20

5. Y= 6,9296m
Igualmente para la presión del vapor (con una temperatura de 15°C):
Y= (x – x1/x2 – x3) x (y2 – y1) + y1
Y= (15 – 10/20 – 10) x (0,238 – 0,125) + 0,125
Y= 0,1815mca
3. INSTRUMENTOS Y/O EQUIPOS:
 1 tacómetro
 1 termómetro
 1 cinta métrica
 1 vernier
 1 juego de llaves de boca
 1 vacuometro
 1 tabla de registro de datos
4. PROCEDIMIENTO:
 Desmonta el tubo de aspiración para tomar medidas de diámetros
y longitud de tuberías.
Longitud total de tubería: 0,98 m
Coeficiente de pérdidas secundarias en cada uno de los
accesorios:
 Válvula de pie = 2,5
 Codo radio corto 90° con brida= 0,3
K total = 2,5 + 0,3 = 2,8
 Instalar el tubo de succión.
 Instalar el vertedero de sección triangular.
 Medir la temperatura del agua (°C)
Temperatura del agua= 15°C
 Energizar el sistema de bombeo y puesta en marcha.
 Medir la velocidad en el acoplamiento de la bomba-motor (rpm)
 Seleccionar una primera abertura de válvula de descarga.
 Leer la altura en la garganta del vertedero.
 Seleccionar una segunda lectura y seguir los pasos anteriores
respectivos, hasta obtener 6 datos.

6. 5. CUADRO DE DATOS RECOPILADOS:
N° H.vertedero(m) RPM Tagua(°C) m.s.n.m. (m)
1 0.033 1193 15 3260
2 0.054 1192 15 3260
3 0.068 1190 15 3260
4 0.083 1190 15 3260
5 0.105 1189 15 3260
6 0.124 1189 15 3260
7 0.136 1187 15 3260
8 0.155 1187 15 3260
6. CÁLCULOS.
FORMULAS A UTILIZAR:
Ecuación de Darcy para las pérdidas primarias:
Perdidas primarias:
Donde. L= longitud de tubería total ( 0,98 m )
f= factor de fricción
Perdidas secundarias:
𝐻𝑝𝑠 = 𝑘𝑥
𝑣2
2𝑔
Dónde: k= constante de perdidas secundarias por accesorios.
V= velocidad media del fluido.
g= gravedad
Para la velocidad:
𝑣 =
4𝑄
𝜋𝑑2
Dónde: d= diámetro interno de tubería.

7. Q= caudal.
Ecuación de Reynolds:
Dónde: V= velocidad media del fluido.
𝑣= viscosidad cinemática del fluido (agua (15°) =1,15x 10−5
𝑚/𝑠2
)
Factor de fricción para flujo turbulento:
Donde. E=rugosidad de tubería (acero comercial=4,6 x10−5
m
Re= número de Reynolds
Fórmulas para el ensayo:
Hsmax= Hatm – Hsat – Hp - ∆h
∆h= ρH
H = altura neta positiva de succión de la bomba
ρ= 2,14 x 10−4
x(𝑁𝑒𝑞)4/3
Neq = 3,65 x
𝑁√𝑄
𝐻3/4
CALCULOS SEGÚN ORDEN DE MEDICION:
a) MEDICIÓN NÚMERO 1°:
Con Q= 2.789*10^ (-4) mᶟ/s ; Di= 0,10558m 𝑣 = 1,15x 10−5
𝑚/𝑠2
;1193rpm
Ve=
4𝑥2.789∗10^ (−4)
𝜋0,105582
= 0,03185 𝑚/𝑠2

8. Re=
0,0395𝑥0,10558
1,15x 10−6
= 3626,44 (flujo laminar)
Facto de fricción:
f= 64/Re f= 0,1764
Perdidas primarias:
Hpp= 0,1764x
1.04
0,10558
𝑥
0,031852
2𝑥9,81
= 1.209*10^ (-4)
Perdidas secundarias:
K total= 2,8
Hps= 2,8x
0,031852
2𝑥9,81
= 1.447*10^(-4)
Nsq= 3,65x
1193𝑥√2.789∗10^ (−4)
0,900,75
= 87,65
ρ= 2,14 x 10−4 x(87,65)4/3 =0,083
∆h= ρH = 0,083 x 0,90 = 0,0747
Hatm=6.7418
Hsmax= Hatm – Hsat – Hp - ∆h
Hsmax= 6.7418-1.447*10^(-4)-1.209*10^(-4)-0.0764
Hsmax= 6,651m…………. (1)
b) MEDICIÓN NÚMERO 2°:
Con Q= 9.554*10^(-4) mᶟ/s Di= 0,10558m 𝑣 = 1,15x 10−5
𝑚/𝑠2
1192rpm
Ve=
4𝑥9.554∗10^(−4)
𝜋0,105582
= 0.1091 𝑚/𝑠2
Re=
0.1091 𝑥0,10558
1,15x 10−5
= 1001.6328 (flujo turbulento)

9. Facto de fricción:
Con rugosidad de 4,6 x10−5
m, f= 0,033
Perdidas primarias:
Hpp= 0,033x
1,04
0,10558
𝑥
0.1091 2
2𝑥9,81
= 1.972*10^(-4)
Perdidas secundarias:
K total= 2,8
Hps= 2,8x
0.1091 2
2𝑥9,81
= 0,00115
Neq= 3,65x
1192𝑥√9.554∗10^(−4)
0,900,75
= 145.53
ρ= 2,14 x 10−4
x(145.53)4/3
=0,1638
∆h= ρH = 0,1638 x 0,90 = 0.1474
Hsmax= Hatm – Hsat – Hp - ∆h
Hsmax= 6.7418-1.972*10^(-4)-0,00115-0.1474
Hsmax= 6,5930m…………. (2)
c) MEDICIÓN NÚMERO 3°:
Con Q= 1.700*10^(-3) mᶟ/s Di= 0,10558m 𝑣 = 1,15x 10−5
𝑚/𝑠2
1190rpm
Ve=
4𝑥1.700∗10^(−3)
𝜋0,105582
= 0,194 𝑚/𝑠2
Re=
0,194 𝑥0,10558
1,15x 10−5
= 1781.088 (flujo turbulento)

10. Facto de fricción:
Con rugosidad de 4,6 x10−5
m, f= 0,0263
Perdidas primarias:
Hpp= 0,0263x
1.04
0,10558
𝑥
0,1942
2𝑥9,81
= 4.969*10^(-4)
Perdidas secundarias:
K total= 2,8
Hps= 2,8x
0,1942
2𝑥9,81
= 5.371*10^(-3)
Neq= 3,65x
1190𝑥√1.700∗10^(−3)
0,900,75
= 193.812
ρ= 2,14 x 10−4
x(193.812)4/3
=0,240
∆h= ρH = 0,240 x 0,90 = 0,216
Hsmax= Hatm – Hsat – Hp - ∆h
Hsmax= 6.7418-4.969*10^(-4)-5.371*10^(-3)- 0,216
Hsmax= 6,519m…………. (3)
d) MEDICIÓN NÚMERO 4°:
Con Q= 2.798*10^(-3) mᶟ/s Di= 0,10558m 𝑣 = 1,15x 10−5
𝑚/𝑠2
1190rpm
Ve=
4𝑥0,00352
𝜋0,105582
= 0,402 𝑚/𝑠2
Re=
0,402𝑥0,10558
1,15x 10−6
= 36907,09 (flujo turbulento)

11. Facto de fricción:
Con rugosidad de 4,6 x10−5
m, f= 0,00604
Perdidas primarias:
Hpp= 0,00604x
0,98
0,10558
𝑥
0,4022
2𝑥9,81
= 0,000461
Perdidas secundarias:
K total= 2,8
Hps= 2,8x
0,4022
2𝑥9,81
= 0,0231
Neq= 3,65x
1190𝑥√0,00352
0,900,75
= 278,88
ρ= 2,14 x 10−4
x(278,88)4/3
=0,3899
∆h= ρH = 0,3899 x 0,90 = 0,351
Hsmax= Hatm – Hsat – Hp - ∆h
Hsmax= 6,9296-0,1815-0,000461-0,0231-0,351
Hsmax= 6,37m…………. (4)
e) MEDICIÓN NÚMERO 5°:
Con Q= 5.037*10^(-3) mᶟ/s Di= 0,10558m 𝑣 = 1,15x 10−5
𝑚/𝑠2
1189rpm
Ve=
4𝑥0,00674
𝜋0,105582
= 0,769 𝑚/𝑠2
Re=
0,769𝑥0,10558
1,15x 10−6
= 70600,88 (flujo turbulento)

12. Facto de fricción:
Con rugosidad de 4,6 x10−5
m, f= 0,00399
Perdidas primarias:
Hpp= 0,00399x
0,98
0,10558
𝑥
0,7692
2𝑥9,81
= 0,00111
Perdidas secundarias:
K total= 2,8
Hps= 2,8x
0,7692
2𝑥9,81
= 0,084
Neq= 3,65x
1189𝑥√0,00674
0,900,75
= 385,58
ρ= 2,14 x 10−4
x(385,58)4/3
=0,600
∆h= ρH = 0,6 x 0,90 = 0,54
Hsmax= Hatm – Hsat – Hp - ∆h
Hsmax= 6, 9296-0, 1815-0, 00111-0,084-0, 54
Hsmax= 6,12m…………. (5)
f) MEDICIÓN NÚMERO 6°:
Con Q= 7.634*10(-3) mᶟ/s Di= 0,10558m 𝑣 = 1,15x 10−5
𝑚/𝑠2
1187rpm
Ve=
4𝑥 7.634∗10(−3)
𝜋0,105582
= 0,8719 𝑚/𝑠2
Re=
0,9823𝑥0,10558
1,15x 10−5
= 8004.800 (flujo turbulento)

13. Facto de fricción:
Con rugosidad de 4,6 x10−5
m, f= 0,00384
Perdidas primarias:
Hpp= 0,00384x
0,98
0,10558
𝑥
0,8719 2
2𝑥9,81
= 1.4656*10^(-3)
Perdidas secundarias:
K total= 2,8
Hps= 2,8x
0,8719 2
2𝑥9,81
= 0,1084
Neq= 3,65x
1187𝑥√7.634∗10(−3)
0,900,75
= 409.673
ρ= 2,14 x 10−4
x(409.673)4/3
=0.651
∆h= ρH = 0.651x 0,90 = 0.5859
Hsmax= Hatm – Hsat – Hp - ∆h
Hsmax= 6.7418-1.4656*10^(-3)-0,1084-0.5859
Hsmax= 6.04m…………. (6)
g) MEDICIÓN NÚMERO 7°:
Con Q= 9.618(-3) mᶟ/s Di= 0,10558m 𝑣 = 1,15x 10−5
𝑚/𝑠2
1187rpm
Ve=
4𝑥9.618(−3)
𝜋0,105582
= 1.098 𝑚/𝑠2
Re=
1.098 𝑥0,10558
1,15x 10−5
= 10080.594 (flujo turbulento)

14. Facto de fricción:
Con rugosidad de 4,6 x10−5
m, f= 0,00384
Perdidas primarias:
Hpp= 0,00384x
0,98
0,10558
𝑥
1.098 2
2𝑥9,81
=2.3242*10^(-3)
Perdidas secundarias:
K total= 2,8
Hps= 2,8x
1.098 2
2𝑥9,81
= 0,1720
Neq= 3,65x
1187𝑥√9.618∗10^(−3)
0,900,75
= 459.837
ρ= 2,14 x 10−4
x(459.837)4/3
=0.759
∆h= ρH = 0.759x 0,90 = 0.6831
Hsmax= Hatm – Hsat – Hp - ∆h
Hsmax= 6.7418-2.3242*10^(-3)-0,1720-0.6831
Hsmax= 5,884m…………. (7)
h) MEDICIÓN NÚMERO 8°:
Con Q= 0.013 mᶟ/s Di= 0,10558m 𝑣 = 1,15x 10−5
𝑚/𝑠2
1187rpm
Ve=
4𝑥0.013
𝜋0,105582
= 1.485 𝑚/𝑠2
Re=
1.485 𝑥0,10558
1,15x 10−5
=13633.5913 (flujo turbulento)

15. Facto de fricción:
Con rugosidad de 4,6 x10−5
m, f= 0,00384
Perdidas primarias:
Hpp= 0,00384x
0,98
0,10558
𝑥
1.485 2
2𝑥9,81
= 4.251*10^(-3)
Perdidas secundarias:
K total= 2,8
Hps= 2,8x
1.4852
2𝑥9,81
= 0,3189
Neq= 3,65x
1187𝑥√0.013
0,900,75
= 534.605
ρ= 2,14 x 10−4 x(534.605)4/3 =0.928
∆h= ρH = 0.928x 0,90 = 0.8352
Hsmax= Hatm – Hsat – Hp - ∆h
Hsmax= 6.7418-4.251*10^(-3)-0,3189-0.8352
Hsmax= 5,583m…………. (8)
7. CUADRO DE DATOS PROCESADOS:
Los caudales se obtuvieron aplicando la fórmula:
𝑄 = 1,41𝑋𝐻𝑣𝑒𝑟
5
2

16. N° Q(m3/s) ΔHs(m) Patmosferica Pvapor (m)
1 2.789*10^(-4) 6.651 6,9296 0,1815
2 9.554*10^(-4) 6.5930 6,9296 0,1815
3 1.700*10^(-3) 6.519 6,9296 0,1815
4 2.798*10^(-3) 6.37 6,9296 0,1815
5 5.037*10^(-3) 6.12 6,9296 0,1815
6 7.634*1^(-3) 6.04 6,9296 0,1815
7 9.618*10^(-3) 5.884 6,9296 0,1815
8 0.013 5.583 6,9296 0,1815
8. GRÁFICO DEL CAUDAL VS ALTURA POSITIVA NETA DE SUCCIÓN:

17. 9. CONCLUSIONES:
 Concluimos que la altura máxima de succión es un factor muy
importante que permite evitar cavitación en la bomba, y por ende
el deterioro del mismo.
 Cada medición y/o cálculo que se hizo, fue muy importante para
nuestro objetivo de laboratorio.
 Los resultados mediante las distintas aplicaciones de fórmulas,
fueron los esperados.
 La experiencia ganada gracias al ensayo de cavitación nos servirá
como base para futuras aplicaciones en los sistemas de bombeo.
 La experiencia obtenida en el laboratorio de mecánica de fluidos,
fue muy satisfactoria con resultados beneficiosos.

18. 10.RECOMENDACIONES:
 Se recomienda que al momento de realizar las mediciones, los
instrumentos de medición estén en buen estado, para evitar errores
de variación.
 Manipular los componentes del sistema de bombeo
cuidadosamente.
 Al momento de energizar el sistema de bombeo, tomar las
precauciones necesarias, así podemos evitar accidentes.
 Al momento de realizar los cálculos, se debe tener mucho cuidado
con los decimales, ya que la precisión es un factor muy
determinante en la obtención de lo que se busca.
 Al finalizar los ensayos, debemos dejar tal y como estaba el
laboratorio de mecánica de fluidos al inicio de nuestro trabajo.

19. 11.BIBLIOGRAFIA:
 Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas- Claudio Mataix
 https://franklinelinkmx.wordpress.com/2010/04/26/npsh-carga-de-
succion-neta-positiva/
 https://franklinelinkmx.files.wordpress.com/2010/04/mi1008-fps-ii-
manual-de-ingenieria.pdf

20. 12.ANEXOS: