La cavitación es una condición perjudicial que se produce a menudo en las unidades de bombeo centrífugas. La cavitación puede reducir la eficiencia de la bomba, provocar vibraciones y ruidos y provocar daños graves en el impulsor, la carcasa, el eje y otras piezas internas de la bomba. La cavitación se produce cuando la presión del fluido en la bomba cae por debajo de la presión de vaporización, lo que hace que se formen burbujas de vapor en la zona de baja presión. Estas burbujas de vapor colapsan o "implosionan" violentamente cuando entran en la zona de alta presión. Esto puede provocar daños mecánicos en el interior de la bomba, crear puntos débiles susceptibles a la erosión y la corrosión y perjudicar el rendimiento de la bomba.

Comprender e implementar estrategias para mitigar la cavitación es fundamental para mantener la integridad operativa y la vida útil de las bombas de carcasa partida.

Tipos de cavitación en bombas

Para reducir o prevenir la cavitación en una bomba, es importante comprender los diferentes tipos de cavitación que pueden ocurrir. Estos tipos incluyen:

1. Cavitación por vaporización. También conocida como "cavitación clásica" o "cavitación de carga de succión positiva neta disponible (NPSHa)", este es el tipo de cavitación más común. Las bombas de carcasa partida aumentan la velocidad del fluido a medida que pasa a través del orificio de succión del impulsor. El aumento de la velocidad es equivalente a una disminución de la presión del fluido. La reducción de la presión puede hacer que parte del fluido hierva (se vaporice) y forme burbujas de vapor, que colapsarán violentamente y producirán pequeñas ondas de choque cuando alcancen el área de alta presión.

2. Cavitación turbulenta. Los componentes como codos, válvulas, filtros, etc. en el sistema de tuberías pueden no ser adecuados para la cantidad o la naturaleza del líquido bombeado, lo que puede provocar remolinos, turbulencias y diferencias de presión en todo el líquido. Cuando estos fenómenos ocurren en la entrada de la bomba, pueden erosionar directamente el interior de la bomba o hacer que el líquido se vaporice.

3. Cavitación por síndrome de las aspas. También conocido como "síndrome de paso de las aspas", este tipo de cavitación se produce cuando el diámetro del impulsor es demasiado grande o el revestimiento interno de la carcasa de la bomba es demasiado grueso o el diámetro interior de la carcasa de la bomba es demasiado pequeño. Cualquiera de estas condiciones o ambas reducirán el espacio (holgura) dentro de la carcasa de la bomba a niveles por debajo de los aceptables. La reducción de la holgura dentro de la carcasa de la bomba hace que el caudal del fluido aumente, lo que da como resultado una disminución de la presión. La reducción de la presión puede hacer que el fluido se vaporice, creando burbujas de cavitación.

4. Cavitación por recirculación interna. Cuando una bomba de carcasa dividida no puede descargar fluido al caudal requerido, hace que parte o la totalidad del fluido recircule alrededor del impulsor. El fluido que recircula pasa por áreas de baja y alta presión, lo que genera calor, alta velocidad y forma burbujas de vaporización. Una causa común de recirculación interna es hacer funcionar la bomba con la válvula de salida de la bomba cerrada (o a un caudal bajo).

5. Cavitación por arrastre de aire. El aire puede ingresar a la bomba a través de una válvula defectuosa o un accesorio flojo. Una vez dentro de la bomba, el aire se mueve con el fluido. El movimiento del fluido y el aire puede formar burbujas que "explotan" cuando se exponen a la mayor presión del impulsor de la bomba.

Factores que contribuyen a la cavitación: NPSH, NPSHa y NPSHr

La NPSH es un factor clave para prevenir la cavitación en las bombas de carcasa dividida. La NPSH es la diferencia entre la presión de succión real y la presión de vapor del fluido, medida en la entrada de la bomba. Los valores de NPSH deben ser altos para evitar que el fluido se vaporice dentro de la bomba.

NPSHa es el NPSH real en las condiciones de funcionamiento de la bomba. La altura de succión positiva neta requerida (NPSHr) es el NPSH mínimo especificado por el fabricante de la bomba para evitar la cavitación. NPSHa es una función de la tubería de succión, la instalación y los detalles operativos de la bomba. NPSHr es una función del diseño de la bomba y su valor se determina mediante pruebas de la bomba. NPSHr representa la altura disponible en condiciones de prueba y generalmente se mide como una caída del 3% en la altura de la bomba (o la altura del impulsor de la primera etapa para bombas multietapa) para detectar la cavitación. NPSHa siempre debe ser mayor que NPSHr para evitar la cavitación.

Estrategias para reducir la cavitación: aumentar NPSHa para prevenir la cavitación

Asegurarse de que NPSHa sea mayor que NPSHr es fundamental para evitar la cavitación. Esto se puede lograr mediante:

1. Bajando la altura de la bomba de carcasa dividida en relación con el depósito/sumidero de succión. El nivel de fluido en el depósito/sumidero de succión se puede aumentar o la bomba se puede montar más abajo. Esto aumentará el NPSHa en la entrada de la bomba.

2. Aumente el diámetro de la tubería de succión. Esto reducirá la velocidad del fluido a un caudal constante, reduciendo así las pérdidas de carga de succión en las tuberías y los accesorios.

2. Reduzca las pérdidas de carga en los accesorios. Reduzca la cantidad de juntas en la línea de succión de la bomba. Utilice accesorios como codos de radio largo, válvulas de paso total y reductores cónicos para ayudar a reducir las pérdidas de carga de succión debido a los accesorios.

3. Evite instalar pantallas y filtros en la línea de succión de la bomba siempre que sea posible, ya que a menudo causan cavitación en las bombas centrífugas. Si esto no se puede evitar, asegúrese de que las pantallas y los filtros en la línea de succión de la bomba se inspeccionen y limpien regularmente.

5. Enfríe el fluido bombeado para reducir su presión de vapor.

Comprenda el margen NPSH para prevenir la cavitación

El margen NPSH es la diferencia entre NPSHa y NPSHr. Un margen de NPSH más grande reduce el riesgo de cavitación porque proporciona un factor de seguridad para evitar que el NPSH caiga por debajo de los niveles operativos normales debido a las condiciones de operación fluctuantes. Los factores que afectan el margen de NPSH incluyen las características del fluido, la velocidad de la bomba y las condiciones de succión.

Mantenimiento del caudal mínimo de la bomba

Asegurarse de que una bomba centrífuga funcione por encima del caudal mínimo especificado es fundamental para reducir la cavitación. El funcionamiento de una bomba de carcasa partida por debajo de su rango de caudal óptimo (área de funcionamiento permitida) aumenta la probabilidad de crear un área de baja presión que puede inducir la cavitación.

Consideraciones sobre el diseño del impulsor para reducir la cavitación

El diseño del impulsor desempeña un papel importante en la tendencia de una bomba centrífuga a la cavitación. Los impulsores más grandes con menos álabes tienden a proporcionar una menor aceleración del fluido, lo que reduce el riesgo de cavitación. Además, los impulsores con diámetros de entrada más grandes o álabes cónicos ayudan a gestionar el flujo de fluido de forma más suave, lo que minimiza la turbulencia y la formación de burbujas. El uso de materiales que resistan los daños por cavitación puede prolongar la vida útil del impulsor y la bomba.

Uso de dispositivos anticavitación

Los dispositivos anticavitación, como los accesorios de acondicionamiento del flujo o los revestimientos de supresión de cavitación, son eficaces para mitigar la cavitación. Estos dispositivos funcionan controlando la dinámica del fluido alrededor del impulsor, lo que proporciona un flujo más constante y reduce la turbulencia y las áreas de baja presión que causan cavitación.

La importancia de un dimensionamiento adecuado de la bomba para prevenir la cavitación

Seleccionar el tipo de bomba adecuado y especificar el tamaño correcto para una aplicación específica es fundamental para prevenir la cavitación. Una bomba de gran tamaño puede no funcionar de manera tan eficiente con caudales más bajos, lo que genera un mayor riesgo de cavitación, mientras que una bomba de tamaño insuficiente puede tener que trabajar más para cumplir con los requisitos de caudal, lo que también aumenta la probabilidad de cavitación. La selección adecuada de la bomba implica un análisis detallado de los requisitos de caudal máximo, normal y mínimo, las características del fluido y el diseño del sistema para garantizar que la bomba funcione dentro del rango operativo especificado. Un dimensionamiento preciso previene la cavitación y aumenta la eficiencia y la confiabilidad de la bomba durante su ciclo de vida.