El problema de la cavitación
En una bomba centrífuga, la sección en el ojo del impulsor de la bomba es más pequeña que el área de la tubería de succión de la bomba, o la sección por donde pasa el fluido a través de las aspas del impulsor. Cuando el líquido bombeado entra en el ojo de la bomba centrífuga, no hay una disminución significativa en el área de flujo. Esto se traduce en un aumento en la velocidad de flujo, que se acompaña con una disminución de la presión.
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Cuanto mayor es el caudal de la bomba, más grande es la caída de presión entre la aspiración de la bomba y el ojo del impulsor. Si la disminución de la presión es suficientemente alta, o si la temperatura es suficientemente alta, el líquido vaporiza cuando la presión local cae por debajo de la presión de saturación del líquido.
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Si se forma vapor como consecuencia de la caída de presión en el ojo del impulsor, las burbujas son arrastradas hacia el álabe. Cuando las burbujas entran en una región donde la presión local es mayor que la presión de saturación lejos en la paleta del propulsor, las burbujas de vapor colapsan, chocando con la paleta del propulsor. Esta formación y posterior colapso de las burbujas de vapor en una bomba es el conocido proceso de la cavitación.
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La cavitación degrada el rendimiento de una bomba centrífuga, dando como resultado un caudal y presión de descarga fluctuantes. El choque físico causado por las burbujas de vapor crea pequeños orificios en el borde delantero de la paleta del propulsor. Cada orificio es de tamaño microscópico, pero el efecto acumulativo de millones de estos orificios a lo largo de un período de horas o días puede destruir el impulsor de la bomba. Además, la cavitación puede causar excesiva vibración en la bomba, dañándose los cojinetes de la bomba, en sus anillos y sellos.
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Causas más comunes de la cavitación
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Vaporización
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Los fluidos hidráulicos pueden contener hasta un 12% de aire disuelto. Ciertas condiciones de operación pueden hacer que este aire disuelto se vaporice. Un líquido se evapora cuando la presión baja demasiado, o su temperatura es demasiado alta. Todas las bombas centrífugas mantienen un determinado valor de presión en el lado de succión de la bomba para evitar la vaporización. Este requisito de presión lo proporciona el fabricante de la bomba, pero debe calcularse una vez determinadas las pérdidas.
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La vaporización se puede producir cuando la bomba no se enfría adecuadamente por flujo de agua inadecuado. El líquido dentro de la bomba puede vaporizar como resultado de la acumulación de calor.
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La vaporización también puede ocurrir en la entrada de la bomba como resultado de un impulso excesivo, un depósito respirador obstruido, una admisión de la bomba mal diseñada, una inadecuada refrigeración de la bomba o filtros de succión obstruidos.
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La solución a esos problemas son el aumento de la presión en aspiración, bajar la temperatura del fluido, disminuir la presión de succión positiva neta requerida (NPSHr) o evitar la acumulación de calor en la bomba.
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Flujo de turbulencia
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Siempre es preferible que los líquidos circulen a través de la tubería a una velocidad constante. La agitación en el depósito del suministro, filtros de entrada obstruidos y corrosión puede alterar la velocidad del líquido - y siempre que la velocidad de un fluido cambia, lo hace la presión.
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Este escenario se puede evitar mejorando el diseño de tuberías, en prácticas tales como:
Asegurar que la distancia entre la succión de la bomba y el primer codo sea por lo menos diez diámetros de tubería.
Localización de las campanas de aspiración en espacios, de modo que una aspiración de la bomba no interfiere con otra.
Recirculación
La recirculación se produce como consecuencia de caudales bajos en la bomba. Esta condición es discernible en el borde principal de la aleta. Hay dos tipos de recirculación, en la succión y en descarga, y pueden ocurrir juntas o por separado.
Los daños de cavitación observados en el lado de presión de los álabes cerca del ojo del impulsor son un signo de recirculación de succión.
En la recirculación de descarga, el líquido que circula por la tobera de salida de la bomba, o por el lado de descarga del impulsor, pueden invertir el sentido de la circulación si la velocidad es baja. Ello origina torbellinos de alta velocidad entre las dos direcciones de flujo. Esto da lugar a bajas presiones localizadas, si estas presiones caen por debajo de la presión de vapor del líquido, se producirá cavitación. Este tipo de recirculación puede dar lugar a daños por cavitación en el lado de descarga de la periferia del impulsor, en el interior de la cavidad o en el tubo cerca de la boquilla de descarga.
La presencia de cavitación en una bomba de recirculación de bajo caudal es un problema inherente al tipo y diseño de bomba. Esto ha sido siempre un problema con las bombas de bajo NPSH. Para atenuar el problema de recirculación en aspiración, la velocidad de aspiración de la bomba debe estar cerca del punto de mejor eficiencia de la bomba (BEP). Las bombas de succión con menor velocidad específica son más resistentes a la cavitación por recirculación.
Síndrome de paso por el álabe
Este tipo de daños por cavitación se produce cuando el diámetro exterior del impulsor pasa muy cerca del cutwater de la bomba. Esto hace que la velocidad del líquido aumente a medida que fluye a través del paso pequeño, lo que hace disminuir la presión del fluido y provoca vaporización local y pulsaciones.
Este problema puede prevenirse si la distancia mínima entre la punta del impulsor y el cutwater es el 4% del diámetro del impulsor en los tamaños más pequeños del impulsor (14 pulgadas o menos). El 6% se recomienda en los tamaños más grandes del impulsor (más de 14 pulgadas).
Bibliografía: Cavitation control incentrifugals. World Pumps December 2009
