A rusty impeller blade with signs of cavitation.

Cavitación

Angus EwartTech-TalkLeave a Comment

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La cavitación es potencialmente la fuerza más destructiva en juego dentro de un sistema de bombeo; sin embargo, en muchos aspectos es la menos comprendida por muchos operadores de bombas. Para citar a Sun Tsu en El arte de la guerra, ‘conoce a tu enemigo’. Por eso, en este blog trataremos la cavitación y brindaremos una base de conocimiento sólida que pueda utilizarse para evitarla. 

Muchas veces he oído personas que mencionan la cavitación de una bomba como ‘succión de aire’.  Aunque tengan efectos similares, los dos problemas son completamente diferentes entre sí y no están relacionados. Para decirlo claramente, la cavitación se produce en una bomba sin presencia de aire, y sin que haya introducción de aire en el sistema.  

La cavitación es en realidad la formación y colapso de burbujas de vapor (cavidades llenas de vapor) dentro de un líquido, es decir pequeñas zonas desprovistas de líquido. Aunque las zonas desprovistas de líquido semejan burbujas de aire, no contienen aire. Esta es una distinción muy importante que explicaremos en futuros blogs.

Las burbujas de vapor resultantes de la cavitación se crean por el movimiento de un dispositivo mecánico en un líquido (o el movimiento de un líquido sobre un dispositivo mecánico) que da como resultado una caída de presión dentro de ese líquido hasta valores menores que la presión de vapor del líquido. Luego estas cavidades de vapor colapsan al pasar a una zona de mayor presión.

La serie de fotos de abajo ilustra una bola que se desplaza a través de un líquido a una velocidad continuamente variable, y la manera en que las burbujas de vapor se generalizan a medida que el líquido se esfuerza por llenar el vacío que dejó atrás la bola acelerada. 

La parte perjudicial de la cavitación no es la creación de la cavidad de vapor. Es el colapso real de la cavidad de vapor lo que causa destrucción. La energía liberada cuando la burbuja o cavidad colapsa forma un ‘microchorro’ que puede ser devastador para cualquier superficie en contacto con la burbuja que implosiona.

Se han registrado en microchorros de cavitación presiones de hasta 145 000 000 psi. Esto supera el límite elástico de cualquier aleación exótica, y así prueba que ni las aleaciones más exóticas pueden prevenir los daños debidos a la cavitación.

La fotografía de abajo muestra el patrón de daños causado por la cavitación.

Como se mencionó antes en el blog, las burbujas de vapor debidas a la cavitación se crean por el movimiento de un dispositivo mecánico en un líquido (o el movimiento de un líquido sobre un dispositivo mecánico).  Como tal, la cavitación puede tomar muchas formas, pero sin duda la forma más común en una bomba está causada por la succión.

A medida que gira la paleta del impulsor, el líquido se esfuerza por circular detrás de la paleta móvil, lo que reduce la presión en esa área. Si la NPSHA en la entrada de succión está debajo de la NPSHR de la bomba, comienzan a formarse burbujas de vapor. A medida que las burbujas avanzan por la paleta, la presión creciente las colapsa. La cavitación ha comenzado.

Suponiendo que las condiciones operacionales son estables y la cavitación es insignificante, el único signo indicador de cavitación puede ser el inusual sonido explosivo cerca de la entrada de succión. Este sonido se confunde a menudo con el sonido de un pedrusco que ingresa a la bomba. Esta cavitación menor suele pasarse por alto o ignorarse. No es buena, pero tampoco es desastrosa.

Si las condiciones son tales que es una cuestión importante mantener una corriente firme de líquido hacia el impulsor rotativo, se produce una cavitación considerable. En este caso la NPSHA está bien cerca de la NPSHR de la bomba, y el impulsor está efectivamente alternando entre el bombeo de líquido y el intento de bombear vapor de agua. Como el vapor de agua casi no tiene masa, el impulsor está constantemente cargándose y descargándose a medida que van pasando cavidades alternadas de líquido y de vapor. 

Este nivel de cavitación, a veces nombrado como cavitación ‘mayor’, es extremadamente destructivo. La grave vibración que suele acompañar esta forma de cavitación puede destruir sellos y cojinetes, e incluso puede dar como resultado la falla del bastidor o soportes.

Existen varias áreas dentro de una bomba en las que puede producirse la cavitación. Cada una tiene su propia denominación. En este blog hemos escogido la cavitación de succión y la utilizamos para ilustrar el concepto. Espero que este breve informe le haya suministrado un conocimiento básico del tema de la cavitación. En el próximo blog hablaremos de un tema similar: la recirculación de descarga, denominada a veces ‘cavitación de descarga’.

Hasta la próxima,

RJ

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