Cavitación de la bomba: qué es y cómo evitarla

¿Qué es ese ruido que sale de tu bomba? Si suena más como grava empujando por las tuberías que como líquido, la causa podría ser la cavitación de la bomba. Pero ¿qué es exactamente la cavitación de la bomba y por qué es tan perjudicial para las bombas y sus componentes? Te explicaremos todo sobre este fenómeno común, pero dañino, y qué puedes hacer para detenerlo antes de que dañe tu sistema.

¿Qué es la cavitación de la bomba y qué la causa?

La cavitación de una bomba se produce cuando la presión en una bomba cae por debajo de la presión de vapor del líquido, lo que provoca su vaporización y la formación de burbujas. Estas burbujas de vapor suelen formarse en el lado de succión de la bomba, donde la presión es más baja. A medida que el fluido alcanza zonas de mayor presión, como cerca del impulsor, las burbujas colapsan.

Imagina una olla con agua hirviendo en la estufa. Burbujas de vapor suben del fondo y explotan al alcanzar la superficie. En este caso, la ebullición se produce debido al calor. Sin embargo, el punto de ebullición también se ve afectado por la presión sobre el agua. A nivel del mar, el agua hierve a 212 °C (100 °F), pero a 10,000 metros de altitud, donde la presión atmosférica es menor, hierve a aproximadamente 193.6 °C (89.8 °F). A medida que la presión atmosférica disminuye, el punto de ebullición del agua disminuye.

En un sistema de bombeo, se aplica un principio similar. Si la presión dentro de la bomba cae por debajo de la presión de vapor del líquido, este comienza a hervir, incluso a temperatura ambiente. Esta ebullición localizada crea burbujas de vapor dentro del fluido. A medida que el fluido avanza por la bomba y alcanza una mayor presión cerca del impulsor, las burbujas colapsan rápidamente. Esta implosión repentina crea intensas ondas de choque que golpean las superficies internas de la bomba, en particular los álabes del impulsor, provocando la cavitación de la bomba.

¿Qué tienen de malo las burbujas? Las consecuencias de la cavitación de la bomba.

Las burbujas de cavitación pueden ser diminutas, pero representan un grave problema para la bomba. Estas burbujas de vapor suelen formarse en pequeñas imperfecciones de las superficies metálicas de la bomba, como el impulsor de una bomba centrífuga o el pistón/engranaje de una bomba de desplazamiento positivo, en el lado de succión. Al desplazarse hacia el lado de descarga de alta presión, estas burbujas colapsan violentamente, creando ondas de choque y microchorros que impactan las superficies con gran fuerza. Esta implosión crea ondas de choque intensas y concentradas que impactan la misma superficie donde se formaron las burbujas.

Estos impactos repetidos causan picaduras, un tipo de erosión superficial que comienza siendo leve pero empeora con el tiempo. Cuando una bomba es nueva y las superficies son lisas, es más resistente a la cavitación. Sin embargo, a medida que aparecen imperfecciones, el daño se acelera. Con el tiempo, partes del impulsor u otros componentes pueden presentar picaduras o desgaste por arenado. Incluso pueden faltar grandes trozos de material en las piezas.

La reacción violenta también daña los rodamientos y sellos, acortando su vida útil y generando costos de mantenimiento desorbitados debido a su frecuente reemplazo. La cavitación de la bomba resulta en una menor eficiencia, vibración, ruido y, en última instancia, fallas en la bomba.

¿Cuál es la diferencia entre succión, descarga y cavitación?

"Succión" y "descarga" se refieren a diferentes lados de una bomba. El lado de succión es donde el fluido entra en la bomba, generalmente a menor presión. El lado de descarga es donde la bomba expulsa el fluido, generalmente a mayor presión.

La cavitación, por otro lado, es un problema que puede ocurrir dentro de la bomba. No forma parte del funcionamiento normal de la bomba, como la succión o la descarga. Es una condición perjudicial causada por la baja presión que provoca la formación y el colapso de burbujas de vapor.

He aquí una forma sencilla de pensarlo:

Succión: Fluido que ingresa a la bomba a menor presión.

Descarga: Fluido que sale de la bomba a mayor presión.

Cavitación: El fluido se vaporiza y causa daños debido a que la presión es demasiado baja (especialmente en el lado de succión).

Si bien la cavitación de succión es la más común, la cavitación de descarga también puede ocurrir cuando una bomba opera a caudales bajos o lejos de su punto óptimo de eficiencia. Esto provoca la recirculación del fluido en el lado de descarga, formando burbujas de vapor en zonas de baja presión que colapsan y dañan los componentes. Ambos tipos de cavitación presentan síntomas similares, como ruido, vibración y erosión, pero requieren diferentes estrategias de prevención.

Entonces, mientras que la succión y la descarga describen cómo una bomba mueve el fluido, la cavitación describe lo que sucede cuando las condiciones dentro de la bomba fallan.

Señales tempranas de cavitación de la bomba

Una de las primeras señales de cavitación de la bomba es un ruido inusual proveniente de ella. Este ruido suele describirse como el sonido de grava al traquetear en la carcasa de la bomba o en las tuberías. Sin embargo, es fácil pasar por alto esta señal clave en entornos de fábrica ruidosos.

Otras señales de alerta temprana incluyen:

• Vibraciones inusuales: Monitoreo de vibraciones Puede detectar cambios en la firma de vibración de una bomba y revelar cavitación.
• Fluctuaciones de presión erráticas:Las lecturas erráticas del manómetro, especialmente en el lado de succión de la bomba, pueden indicar cavitación.
• Caudales reducidos:Un rendimiento reducido de la bomba puede indicar que la cavitación está afectando el flujo de fluido o ya ha dañado la bomba.

Cómo prevenir la cavitación de la bomba

La forma más sencilla de prevenir la cavitación de la bomba es diseñar el sistema de bombeo de forma que no se produzca en condiciones normales de funcionamiento. Esto requiere comprender qué es la Altura Neta Positiva de Succión (NPSH) y tenerla en cuenta durante el proceso de diseño.

Hay dos partes del NPSH que deben tenerse en cuenta.

1. NPSHR (Altura de succión neta positiva requerida): Esta es la presión mínima que la bomba necesita en su lado de succión para evitar la cavitación. Esta cifra se expresa en metros o pies y la calcula el fabricante de la bomba.
2. NPSHA (Altura de succión neta positiva disponible): Este número debe calcularse durante el diseño del sistema. Considera la presión atmosférica, el nivel y la temperatura del fluido, así como el punto de ebullición del líquido.

Si la NPSHA es mayor que la NPSHR, la bomba debería funcionar sin cavitación. Sin embargo, si la NPSHA es menor que la NPSHR, la bomba no tiene suficiente presión para evitar que el líquido se vaporice, lo que finalmente provoca cavitación.

Para evitar la cavitación en la succión, asegúrese de que la Altura Neta Positiva de Succión Disponible (NPSHA) supere la Altura Neta Positiva de Succión Requerida (NPSHR) en al menos 0.5 a 1.0 metros, según lo especificado por el fabricante de la bomba. Para evitar la cavitación en la descarga, opere la bomba cerca de su punto de máxima eficiencia (BEP) para evitar condiciones de bajo caudal que provoquen recirculación. El uso de una bomba del tamaño adecuado o la instalación de variadores de frecuencia (VFD) pueden ayudar a mantener caudales óptimos.

Cómo corregir la cavitación de la bomba

Si ya se está produciendo cavitación, resuélvalo lo antes posible para evitar daños. Los métodos de corrección varían según se trate de cavitación de succión (causada por baja presión de succión) o de cavitación de descarga (causada por bajo caudal o recirculación). Aquí tiene algunas soluciones:

• Optimizar las tuberías de succiónLas tuberías de succión pequeñas, largas o complejas pueden restringir el flujo, lo que reduce el NPSHA. Utilice tuberías de mayor diámetro, acorte su longitud o reduzca las curvas para mejorar el flujo y evitar la cavitación en la succión.
• Reubicar la bomba o la fuente de fluido:Ubicar la bomba más cerca o debajo de la fuente de fluido reduce la elevación de succión, lo que aumenta la NPSHA para reducir la cavitación de succión.
• Revise los filtros y coladoresLos filtros o coladores obstruidos en el lado de succión pueden sobrecargar la bomba, causando cavitación. Límpielos o reemplácelos y asegúrese de que el tamaño del filtro sea adecuado para mantener el flujo.
• Válvulas de retención y componentesLas válvulas parcialmente cerradas o los accesorios excesivos en el lado de succión pueden restringir el flujo. Asegúrese de que las válvulas estén completamente abiertas y minimice el uso de componentes innecesarios. En caso de cavitación en la descarga, verifique que las válvulas de descarga no estén demasiado estranguladas, ya que esto puede causar recirculación.
• Instalar una bomba de refuerzo:Una bomba de refuerzo puede aumentar la presión de succión, elevando la NPSHA para evitar la cavitación de succión, especialmente en sistemas con líneas de succión largas o cambios de elevación.
• Ajustar las condiciones de funcionamientoPara la cavitación de descarga, aumente el caudal para operar la bomba más cerca de su punto de máxima eficiencia (PME). Instale variadores de frecuencia (VFD) o ajuste las válvulas de descarga para mantener un caudal adecuado y evitar la recirculación.
• Reemplace la bombaSi la cavitación persiste, sustituya la bomba por una más adecuada para el sistema. Para la cavitación en la succión, seleccione una bomba con un NPSHR menor. Para la cavitación en la descarga, elija una bomba dimensionada correctamente para los requisitos de caudal y altura del sistema.

Todas estas opciones pueden ser costosas y requerir mucho tiempo, pero evitar la cavitación de la bomba prolongará su vida útil y mejorará la eficiencia general del sistema. Utilice herramientas de monitoreo, como... monitor de vibración, para confirmar que la cavitación se ha resuelto.

La conclusión sobre la cavitación de las bombas

La cavitación de la bomba es un problema costoso. Aumenta los costos de mantenimiento, daña los componentes y puede acortar la vida útil de la bomba. Pero también se puede prevenir. El monitoreo de vibraciones, combinado con... servicios de análisis de vibraciones Puede ofrecer una señal de alerta temprana de que se está produciendo cavitación, lo que le da tiempo para intervenir antes de que se produzcan daños costosos e irreversibles.