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Altura de aspiración en bombas centrífugas. Cavitación Volver al contenido principal

Altura de aspiración en bombas centrífugas. Cavitación

La cavitación es un fenómeno caracterizado por la formación de vapor en la masa liquida. Tiene lugar cuando la presión estática iguala a la presión de vapor del líquido, a la temperatura ambiente.

Aplicando la ecuación de Bernouilli en un punto de una corriente líquida se deduce que el sumando de presión depende del valor de la energía total disponible, del sumando de elevación y del sumando cinético.

Para energía total (H) pequeña, una cota de elevación grande o una altura cinética grande implica valores bajos de presión (P), que pueden dar lugar a bolsas de vapor y discontinuidades en la corriente.

Las burbujas gaseosas (bolsas de vapor) que se forman en un punto de baja presión se reabsorben cuando ésta aumenta, lo que puede provocar explosiones violentas que ocasionan la erosión mecánica de las paredes del conducto en la zona de condensación.

En la figura 7.18 se muestra un esquema de una instalación típica de una bomba centrífuga horizontal. El eje de la bomba se encuentra a una cota ZA sobre el nivel de agua, también llamada altura geométrica de aspiración Ha.

Siendo ha la altura correspondiente a la presión atmosférica, donde ha = .

Aplicando la ecuación de Bernouilli entre el nivel del agua y un punto A, a la entrada de la bomba:

h a= HA + hrA

Donde ZA = Ha

Evidentemente vA es proporcional al caudal Q, mientras que las pérdidas por rozamiento hrA depende del sistema de aspiración según una expresión del tipo KA·Q2, obteniendo la siguiente expresión:

(F1)

Siendo hV la altura representativa de la presión de vapor del agua, se obtiene el parámetro:

Sustituyendo el valor de en la ecuación anterior:

Denominando altura o carga neta positiva en la aspiración disponible, cuyo valor depende de las condiciones de la tubería de aspiración, por lo que es un dato que ha de obtener el proyectista de cada instalación: si ese valor llega a anularse el caudal previsto no puede alcanzar la entrada de la bomba.

Como la presión mínima no se alcanza en el punto A sino en el B, en el interior de la bomba, al incremento de la velocidad y las pérdidas de carga entre A y B dan lugar a una relación, según Bernouilli, del tipo:

Donde KB·Q2 es la perdida de carga entre A y B y depende de las características geométricas de la bomba y de su régimen de revoluciones N.

El valor mínimo para que no aparezca el fenómeno de la cavitación en el punto B es que = hv, sustituyendo en la ecuación anterior:

(F2)

Cuando no se produce el fenómeno de la cavitación.

Cuando se produce el fenómeno de la cavitación, con formaciones de vapor en el interior de la bomba, que provocan una erosión mecánica de la bomba y una caída notable de las curvas .

Luego hv + KBQ2 representa el valor mínimo del parámetro NPSH requerido a la entrada en la aspiración para que no llegue a presentarse en B las bolsas de vapor que caracterizan el fenómeno citado, es decir:

NPSHr no depende más que del proceso que tiene lugar dentro de la bomba, sin que sea afectada por las características de la aspiración. Por ello, la curva que relaciona NPSHr para cada valor de Q es característico de la bomba y debe ser suministrado por el fabricante.

Si representamos gráficamente al NPSHd y NPSHr en la aspiración en función del gasto:

NPSHd es tanto más pequeña cuanto más grande es la altura de aspiración, por lo que para instalación de una bomba ha de estudiarse de forma que su valor siempre supere a la NPSHr señalada en la curva característica suministrada por el constructor o fabricante de la bomba.

La elevación del lugar donde se emplaza el bombeo tiene implicaciones en el valor de ha , por lo que también ha de ser tenida en cuenta al proyectar. Asimismo, el efecto de la temperatura sobre hv obliga a tener en cuenta las condiciones térmicas previsibles.

Para determinar la altura de aspiración en una impulsión, debemos seguir los siguientes pasos:

  1. Necesitamos la curva NPSHr-Q proporcionada por el fabricante de la bomba, fijando un caudal máximo Qmáx (que es con el que más riesgo de cavitación hay) que se prevé en una impulsión.
  2. Sobre el eje de caudales del gráfico se traza una perpendicular a dicho eje por el caudal máximo, que cortará a la curva NPSHr en un punto A.
  3. De las infinitas curvas NPSHd que pueden obtenerse en una instalación (dependiendo de la altura de aspiración Ha escogida), una tiene que pasar por el punto A. Para dicho punto A se tiene que verificar:

NPSHr = NPSHd = ha - hv - Ha - hrA

De donde despejamos Ha:

Ha = ha - hv - hrA - NPSHr

Que sería la máxima altura de aspiración. Para asegurarnos de que ésta no se produzca es aconsejable disminuir dicha altura en 0,5 m.

Ha = ha - hv - hrA - NPSHr - 0,5

La altura de aspiración no superará en general los 6,5 m; aunque puede resultar mucho más pequeña, incluso negativa a veces.

Para calcular ha y hv se utilizan las tablas 7.2 y 7.1 respectivamente.

Tabla 7.1. Propiedades físicas del agua a 1 bar

Tabla 7.2. Propiedades físicas del aire a distintas altitudes

Citation: (course_default). (2008, August 05). tutorial_12. Retrieved April 16, 2014, from ocwus Web site: http://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-y-riegos/temario/Tema%207.%20Bombas/tutorial_12.htm.
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