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11/07/2013 1 Cavitación en bombas centrífugas: su origen y sus efectos.La mayoría de los procesos de la industria química incluyen el transporte de fluidos a través de un sistema de cañerías, para llevar a cabo esto se debe ir aumentando la energía del líquido, el equipo que cumple de mejor forma esta tarea es la llamada bomba hidráulica. De esta forma, la elección de una bomba está íntimamente ligada con el mejoramiento de los procesos, es por esto que se hace necesario tener un mejor conocimiento sobre las bombas, su funcionamiento y algunos fenómenos asociados a éste. Actualmente se fabrican muchos tipos de bombas, dentro de las cuales se encuentran: bombas de émbolo alternativo, bombas rotoestáticas, bombas de diafragma, bombas rotodinámicas. En ésta última categoría encontramos las denominadas bombas centrífugas, que trabajan con líquidos y constituyen gran parte de la producción mundial debido a que este tipo es una de las más adecuadas para entregar mayor energía al fluido que se descarga. Además, poseen un mayor rango de caudales en que pueden operar a diferencia de las bombas de desplazamiento positivo. Es por esto, que centraremos nuestra atención en esta clase de bomba y un problema asociado a su funcionamiento como es la cavitación. Pero antes de entender de qué se trata este fenómeno debemos comprender, en términos generales, cómo funciona una bomba centrífuga. La característica principal de una bomba centrífuga es que convierte la 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. Para esto, dentro de una cámara hermética (voluta) dotada de entrada y salida gira una rueda con Figura 1: Estructuras generales de una bomba centrífuga 1
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Sep 19, 2018

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“Cavitación en bombas centrífugas: su origen y sus

efectos.”

La mayoría de los procesos de la industria química incluyen el transporte de

fluidos a través de un sistema de cañerías, para llevar a cabo esto se debe ir

aumentando la energía del líquido, el equipo que cumple de mejor forma esta

tarea es la llamada bomba hidráulica. De esta forma, la elección de una bomba

está íntimamente ligada con el mejoramiento de los procesos, es por esto que se

hace necesario tener un mejor conocimiento sobre las bombas, su funcionamiento

y algunos fenómenos asociados a éste.

Actualmente se fabrican muchos tipos de bombas, dentro de las cuales se

encuentran: bombas de émbolo alternativo, bombas rotoestáticas, bombas de

diafragma, bombas rotodinámicas. En ésta última categoría encontramos las

denominadas bombas centrífugas, que trabajan con líquidos y constituyen gran

parte de la producción mundial debido a que este tipo es una de las más

adecuadas para entregar mayor energía al fluido que se descarga. Además,

poseen un mayor rango de caudales en que pueden operar a diferencia de las

bombas de desplazamiento positivo.

Es por esto, que centraremos

nuestra atención en esta clase de

bomba y un problema asociado a su

funcionamiento como es la

cavitación. Pero antes de entender

de qué se trata este fenómeno

debemos comprender, en términos

generales, cómo funciona una

bomba centrífuga. La característica

principal de una bomba centrífuga es

que convierte la 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. Para esto, dentro de una

cámara hermética (voluta) dotada de

entrada y salida gira una rueda con

Figura 1: Estructuras generales de una

bomba centrífuga 1

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paleta llamada rodete, el líquido entra axialmente por el ojo del impulsor,

perpendicular al rodete, este último va cambiando la dirección del flujo por la

acción de los álabes, así el líquido abandona el impulsor o rodete con una mayor

velocidad debido al movimiento rotatorio. Cuando el fluido está en el borde del

rodete la voluta comienza a actuar como difusor transformando la energía cinética

en energía de presión que se incrementa a medida que el espacio entre el rodete

y la carcasa aumenta. Por último, la voluta conduce al fluido al ducto de salida. Así

se observa que las dos estructuras fundamentales de una bomba centrífuga son la

voluta y el rodete que se aprecian en la figura 1. El rodete está fijado al eje

bomba, ensamblado directamente al eje de trasmisión del motor, este es el

elemento de la bomba que convierte la energía del motor en energía cinética, en

cambio la voluta, como dijimos anteriormente, convierte la energía cinética en

energía de presión como consecuencia del principio de Bernoulli debido al cambio

de sección transversal de ésta.

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” 2. 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.

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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 presentados se deben a éste

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

algunos conceptos físicos necesarios para comprender este concepto.

El concepto físico más importante que se debe tener claro para comprender

lo que sigue es el principio de Bernouli combinado con la primera ley de

termodinámica, cuya mezcla genera la “ecuación energética de Bernoulli” [3] que

establece que entre dos puntos (“1” y “2”) del flujo de un fluido incompresible se

cumple que:

𝑃2 − 𝑃1

𝜌+

𝑣22 − 𝑣1

2

2+ 𝑔 𝑧2 − 𝑧1 = −𝐹 − 𝑊 (1)

Que al dividir por la aceleración de gravedad (𝑔 = 9.81 𝑚/𝑠2), genera la

siguiente forma de la ecuación, que transforma la carga (energía/masa) de la

anterior en términos de “alturas”:

𝑃2 − 𝑃1

𝛾+

𝑣22 − 𝑣1

2

2𝑔+ 𝑧2 − 𝑧1 = −𝑕𝑓 − 𝐻 (2)

donde,

𝛾: es el peso específico del fluido (𝛾 = 𝜌𝑔)

𝐻: es el trabajo por unidad de masa divido la aceleración de

gravedad que se le entrega al fluido, comúnmente se llama cabeza

(head) de una bomba.

𝑕𝑓 : es el término relacionado con la energía del fluido que se ocupa

para vencer la fricción que presenta el recorrido de éste, debido a

que es una carga 𝐹 (energía/masa) dividida por la aceleración de

gravedad (𝑔) este término tiene unidades de longitud

𝑃𝑖 representa la presión absoluta que posee el fluido en un punto i

del recorrido.

𝑣𝑖 es la velocidad que tiene el fluido en el punto i.

𝑧𝑖 es la altura de un punto “i” de fluido respecto a un sistema de

referencia.

En la industria generalmente se suele utilizar la forma de “alturas” (ecuación

2) para referirse a las energías asociadas al transporte de un fluido, por eso es

común encontrarse con el término de cabeza de una bomba, que se refiere

implícitamente a la energía que le entrega la bomba al fluido. Ya que en lugar de

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utilizar unidades de carga (energía/masa) que entrega una bomba se prefiere

expresar la energía de bombeo como energía por unidad de peso de líquido

bombeado, esta magnitud se identifica universalmente como “cabeza” (head). Esto

es útil debido a que la altura de la columna que produce una bomba centrifuga es

independiente del líquido. Por ejemplo una bomba corriendo a „N‟ rpm producirá

una misma cabeza „H‟ metros de agua, o de acido sulfúrico concentrado, o de

cualquier otro fluido; sin embargo, la potencia empleada para esto será

proporcional a la densidad de cada fluido.

Luego de haber recordado rápidamente esta importantísima ecuación

podemos comenzar a describir cómo ocurre la cavitación. Para una mejor

comprensión de este proceso, dividiremos el mecanismo de la cavitación en 3

etapas: 1) Formación de las burbujas, 2) Evolución de las burbujas, 3) Implosión

de las burbujas.

Fase 1: Formación de las 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,

como se ilustra en la figura 2. 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 de 100℃ y

la comida demora más tiempo en

cocinar. A la presión atmosférica y en

Figura 2: Diagrama de presión y

temperatura del agua.4

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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 vapor a la temperatura dada, se empezarán a formar

burbujas o bolsas de vapor en 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, como se observa en la figura 3.b: si es la cara

anterior (“m”) de un rodete girando en sentido antihorario (figura 3.a) la caída de

presión no es tan brusca como es

en la cara posterior (“n”).

Figura 3.b: Evolución de la presión en ambas caras

de un mismo rodete

Figura 3.a: Diagrama de las caras de un

rodete

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Aunque también es necesario mencionar que cuando el fluido

pasa desde la tubería al ojo del rodete se genera una caída de

presión debido a una disminución del área de flujo, que muchas

veces produce el comienzo de la formación de burbujas, que luego es

aumentado por el efecto de las caras de los álabes anteriormente

descrito.

Considerando los dos puntos anteriores generalmente se

produce una distribución espacial de las burbujas en el rodete cómo

se muestra en la figura 4.

Para entender y evitar de una forma más útil la cavitación se definen

parámetros más concretos y simples con los siguientes acrónimos: NPSHA (Net

Positive Suction Head Available) y NPSHR (Net Positive Suction Head Required)

NPSHA, cabeza neta positiva disponible en la aspiración.

Este parámetro se refiere a la diferencia entre la altura o cabeza que posee

el fluido antes de entrar a la bomba y la “altura” de presión de vapor (en unidades

de longitud). Su valor es absoluto, posee unidades de longitud (m), y se refiere a

que tan cerca de vaporizarse se encuentra un fluido. Su definición matemática es:

𝑁𝑃𝑆𝐻𝐴 = 𝐻𝐷 −𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

𝛾 (3)

Donde 𝐻𝐷: es la cabeza asociada con la energía (cinética y de presión)

disponible que posee el fluido antes de entrar a la bomba y 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 : es la presión de

vapor cuyo valor puede ser encontrada en tablas.

NPSHR, cabeza neta positiva requerida en la aspiración.

Como dijimos anteriormente en el interior de la bomba ocurren al comienzo

pérdidas de presión significativas. Si el efecto neto de todas estas produce una

disminución de la presión del fluido bajo la presión de vapor se producirá la

formación de burbujas anteriormente descrita. Como cada variación en el modelo,

tamaño, marca, etc, de una bomba centrífuga tendrá asociado caídas de

presiones distintas, entonces es necesario conocer la energía mínima con que

debe entrar el fluido a cada bomba para evitar la cavitación. Para esto se define un

parámetro que se conoce con el acrónimo NPSHR (Net Positive Suction Head

Required). Éste será característico y estará determinado para cada bomba por el

fabricante, por ende, es independiente de cómo esté estructurado el sistema antes

Figura 4: Distribución

espacial de la cavitación5

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de la bomba. En síntesis, podemos decir que

los valores de este parámetro serán la energía

necesaria para pasar a través de la bomba sin

que ocurra cavitación. Estos se determinan de

acuerdo a pruebas que se realizan a la bomba

en un entorno controlado, donde se reduce

gradualmente el NPSHA con un caudal fijo

hasta que la cavitación produzca una reducción

del 3% de la cabeza de la bomba como se

observa en la figura 5, esto significa que a un

NPSHA mayor ya había comenzado la

cavitación.

De esta manera, para evitar la cavitación

con seguridad se debe tener un NPSHA (disponible, dado por la configuración del

sistema) mayor (con un cierto margen de seguridad) que el NPSHR especificado

por el fabricante de la bomba, para el caudal dado. Pero es necesario mencionar

que el NPSHR en la mayoría de las bombas tiende aumentar con el aumento del

caudal, es por esto que los fabricantes entregan un diagrama con curvas

importantes asociadas a la bomba entre las cuales se incluye la del NPSHR, como

se muestra en la figura 6. Por lo tanto para un sistema, se hace necesario dibujar

una curva del NPSHA, con respecto a la variación del caudal, para así encontrar el

punto donde se cruzan NPSHA y NPSHR, que es donde se producirá cavitación

con una pérdida del 3%

de la cabeza de la

bomba.

Pero para

entender de mejor forma

cómo se trabaja con los

valores de NPSHA y

NPSHR mostraremos el

procedimiento con el

siguiente ejemplo:

Se tiene una

bomba centrífuga que

succiona agua desde un

depósito abierto a la

atmósfera, como el de la

figura 7.

Figura 5: Determinación experimental del

NPSHr 6

Figura 7: Diagrama de una bomba

centrífuga que succiona agua desde

un estanque abierto a la atmósfera. Figura 7: Esquema de una bomba que succiona agua

de un estanque abierto a la atmósfera.

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Figura 6: Curva de la bomba de marca Thomsen Modelo

6 a 1750 RPM.7

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El cálculo de NPSHA para este sistema es sencillo ya que de acuerdo a la

definición (ecuación 3) 𝑁𝑃𝑆𝐻𝐴 = 𝐻𝐷 −𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

𝛾, donde 𝐻𝐷 es la energía que dispone

el líquido en la succión de la bomba en forma de altura. Para obtener esta medida

debemos aplicar la ecuación de Bernoulli (ecuación 2), entre el punto 0 y A,

generando:

𝑃𝐴 − 𝑃𝑎𝑡𝑚

𝛾+

𝑣𝐴2 − 𝑣0

2

2𝑔+ 𝑧𝐴 − 𝑧0 = −𝑕𝑓 − 𝐻

Debido a que no hay bombas entre el nivel de succión “0” y la entrada a la

bomba “A”, se tiene que 𝐻 = 0, de acuerdo al esquema 𝑧𝐴 − 𝑧0 = 𝑕𝑎 . Además 𝑕𝑓

es el término relacionado con las pérdidas por fricción en el trayecto entre “0” y

“A”, este término está asociado con las pérdidas que producen los “fittings”

(válvulas, codos, etc.), la cañería en sí mismo, respecto a su material, diámetro,

rugosidad. Para calcular 𝑕𝑓 existen parámetros en bibliografía que entregan una

constante multiplicada por la carga cinética del fluido. Por último consideramos

que el estanque o depósito de donde se succiona es de un diámetro muchísimo

mayor que el de la cañería, y por lo tanto 𝑣02 ≈ 0 (

𝑚

𝑠)2

De esta manera obtenemos:

𝑃𝐴𝛾

+𝑣𝑎

2

2𝑔=

𝑃𝑎𝑡𝑚

𝛾− 𝑕𝑎 − 𝑕𝑓

Por lo tanto,

𝐻𝐷 =𝑃𝐴𝛾

+𝑣𝑎

2

2𝑔=

𝑃𝑎𝑡𝑚

𝛾− 𝑕𝑎 − 𝑕𝑓

De esta manera, recordamos la fórmula del 𝑁𝑃𝑆𝐻𝐴 = 𝐻𝐷 −𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

𝛾, y

obtenemos, para este ejemplo en específico:

𝑁𝑃𝑆𝐻𝐴 =𝑃𝑎𝑡𝑚

𝛾− 𝑕𝑎 − 𝑕𝑓 −

𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

𝛾 (4)

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Cabe mencionar que 𝑕𝑓 es el factor

de fricción que para una instalación fija

sólo depende del caudal de forma

cuadrática, es decir, 𝑕𝑓 = 𝐾𝑄2, donde 𝐾

es una constante asociada con los

“fittings” del trayecto y la cañería, 𝑄 es el

caudal que fluye por la cañería en 𝑚3

𝑠 .

En cambio, el resto del miembro derecho,

es decir, 𝑃𝑎𝑡𝑚

𝛾− 𝑕𝑎 −

𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

𝛾, sólo depende

de la instalación a una temperatura fija, es decir, depende de la altura a la que se

coloque la bomba y de las condiciones de succión. De esta manera, al graficar

𝑁𝑃𝑆𝐻𝐴 o también llamado 𝑁𝑃𝑆𝐻𝐷 (por la traducción de “Available” en “disponible”)

respecto al cuadal se obtiene una curva análoga a la que muestra la figura 8.

De acuerdo a los términos de la ecuación 4, vemos que la forma de

disponer más energía en la entrada a de la bomba, será reduciendo las pérdidas

de carga asociadas a la fricción del sistema 𝑕𝑓 , que puede hacerse reduciendo la

cantidad de fittings, cambiando las entradas de borde cuadrado en la succión a

bordes redondeados, aumentando el diámetro de la tubería o cambiándola por una

de un material menos rugoso. Otra medida es reducir el caudal ya que una

disminución de caudal aumentará el 𝑁𝑃𝑆𝐻𝐴 de acuerdo a la figura 8, y disminuirá

el NPSHR como lo establece el diagrama del fabricante “Thomsen” en la figura 6.

Además, se puede aumentar el 𝑁𝑃𝑆𝐻𝐴 reduciendo el término de altura 𝑕𝑎 que

implica acercar la bomba al depósito o subir el depósito. Por último otra medida,

es presurizar el depósito, es decir, agregarle una presión mayor que la presión

atmosférica.

Como dijimos anteriormente, para que no se produzca cavitación se

requiere que 𝑁𝑃𝑆𝐻𝐴 > 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑅, que de una forma gráfica implicaría dibujar la curva

de 𝑁𝑃𝑆𝐻𝐴 que tiene el sistema diseñado sobre el diagrama de bombas (figura 6),

quedando un diagrama similar al de la figura 9.Donde vemos que el punto donde

se cruza la curva 𝑁𝑃𝑆𝐻𝐴 con 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑅, es el caudal en el cual existirá cavitación,

por lo cual si se quiere evitar la cavitación se debe dejar un margen de seguridad,

eligiendo un caudal menor como el caudal mayor al cual se puede operar sin

cavitación.

Como se ha observado, aparte de la curva del 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑅 los diagramas de las

bombas poseen la curva de la cabeza de la bomba que se refiere a la energía con

que el fluido sale de la bomba (en unidades de longitud), a ésta se le interseca la

Figura 8: Diagrama que muestra la variación

de 𝑁𝑃𝑆𝐻𝐴 con el caudal.

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curva resistente de la instalación o sistema (referido a la fricciones y resistencias

que se oponen al flujo), obteniéndose el caudal de operación (ver figura 9).

Todo lo que hemos descrito hasta ahora ha sido referente al por qué del

origen de las burbujas de todo el proceso denominado cavitación, a continuación

se describe que sucede con esas burbujas en la bomba y los efectos que

producen a ésta.

Fase 2: Evolución de las

burbujas.

Si no se ha producido ningún cambio en

la operación, y la bomba sigue cavitando se

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

como se tiene en la figura 4, 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.

Figura 9: Esquema de cómo utilizar

los gráficos de las bombas

Figura 10: Distribución de la presión en el

rodete de una bomba centrífuga con un

inductor8

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Fase 3: Implosión 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, como se ilustra en la figura 11.

En conclusión, podemos decir que la cavitación es una condición anormal

de una bomba centrífuga y que implica todo el proceso desde que se forman las

burbujas hasta que implosionan en el rodete.

Se debe aclarar que el golpeteo continuo de muchas burbujas sobre el

rodete produce un desgaste de la bomba, es por ello que se debe tratar de evitar

la cavitación, otras razones por las cuales debe evitarse la cavitación en una

bomba se detallan a continuación.

Figura 11: Proceso de crecimiento y

colapso de las burbujas.

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Efectos de la cavitación en las bombas centrífugas.

Como hemos dicho anteriormente, la condición que establece de manera

más clara cuando se presenta cavitación en una bomba es cuando el 𝑁𝑃𝑆𝐻𝐴 ≤

𝑁𝑃𝑆𝐻𝑅. Al ocurrir esto la bomba presentará cavitación con diferentes

consecuencias, dentro de las cuales se encuentran las siguientes:

a) Ruidos y vibraciones

Este es uno de los efectos más obvios de la cavitación, el colapso de las

burbujas en la bomba generará ruidos generalmente perceptibles similares a un

golpeteo de un martillo en la bomba y vibraciones que en algunos casos puede

producir fallas en los sellos, rodamientos y otras zonas de la bomba que se

fatigan. Este es el modo de falla más probable de una bomba que cavita. Mientras

más grande sea la bomba mayor será el ruido y sus vibraciones.

b) Reducción de la cabeza de la bomba.

Otro de los mayores efectos de la cavitación es la caída en la cabeza de la

bomba, esto se observa en la figura 12, generalmente esto se debe que a como

los vapores son compresibles la energía de la bomba se gasta en aumentar la

velocidad del líquido que llenó las cavidades de las burbujas colapsadas, por lo

tanto, se produce una drástica caída del desempeño de la bomba.

Figura 12: Disminución de la

cabeza de una bomba que entró

en cavitación.9

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c) Fluctuaciones en la capacidad o caudal de la bomba.

Como el volumen de una burbuja es mucho mayor que la del líquido, esta

va a ocupar más espacio mientras exista, lo que va a producir fluctuaciones en el

flujo y a la salida de la bomba saldrán chorros intermitentes.

d) Erosión o “pitting”.

Una de las evidencias visuales más claras de la existencia de cavitación en

una bomba es la erosión que se produce en los materiales, esto debido a que la

implosión de las burbujas y el aumento de la velocidad en el líquido que rellena

esos huecos produce un choque muy fuerte de éste con el material de la bomba

creando orificios, que dan la impresión de que la superficie fue golpeada con un

martillo. Ejemplos de estas hendiduras o picaduras se observan en la figura 13.

Las zonas donde más ocurre erosión por cavitación son las caras posteriores de

los álabes del impulsor o rodete debido a que es la zona donde se forma

mayoritariamente las burbujas como explicamos anteriormente. El daño puede ser

tan grande que puede dejar los álabes prácticamente inútiles.

Figura 13: Daño de los álabes

de un rodete producto de la

cavitación.10

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Referencias:

[1] Open Course Ware, Universidad de Sevilla ocwus.us.es

[2] Real Academia Española www.rae.es

[3] P. J. Pritchard, “Fox and McDonald‟s Introduction to Fluid Mechanics”, 8th

Edition, Wiley, 2011 (896 pp).

[4] Purdue University, Chemical Education Division Groups

chemed.chem.purdue.edu/

[5] GRUNDFOS, “The Centrifugal Pump” (First edition).

[6] KSB Aktiengesellschaft, “Selecting Centrifugal Pumps”, 4th edition (2005).

[7] THOMSEN Pump Curves, ALARD Equipment Corporation.

www.alard-equipment.com/

[8] WORLD PUMPS, July/August 2011, “Centrifugal pumps: avoiding cavitation”.

[9] American Society of Plumbing Engineers (ASPE), “Pumps and Pump Systems”

(1983).

[10] Lev Nelik , “Centrifugal & Rotary Pumps: Fundamentals With Applications”,

(1999).

Acerca del autor:

José Castillo González es estudiante de Ingeniería Civil Química en la Universidad de Concepción.

Contacto:

Email: [email protected]

www.udec.cl/~josefcastillo/