¿Qué es la cavitación en la bomba y cómo evitarla?

¿Alguna vez escuchó una bomba hacer ruidos extraños o notó una disminución en su rendimiento? Estos podrían ser signos de cavitación de la bomba.

La cavitación de la bomba ocurre cuando se forman burbujas de vapor y colapsan dentro de una bomba, causando daños y reduciendo la eficiencia.

¿Qué es la presión de vapor?

La presión de vapor es la presión que ejerce un vapor en equilibrio termodinámico con sus fases condensadas a una temperatura determinada. Para líquidos, indica la tendencia a evaporarse. Una presión de vapor más alta significa que una sustancia es más volátil.

¿Qué es la cavitación de la bomba?

La cavitación de la bomba es un fenómeno que ocurre cuando la presión en un fluido cae por debajo de su presión de vapor, provocando la formación de burbujas de vapor. Esto suele ocurrir en bombas centrífugas y bombas de desplazamiento positivo. A medida que estas burbujas se mueven hacia áreas de mayor presión, colapsan violentamente, creando ondas de choque.

Tipos de cavitación en bombas

Cavitación por vaporización

La cavitación por vaporización, también conocida como cavitación clásica, se produce cuando la presión en la entrada de la bomba cae por debajo de la presión de vapor del fluido. Esto hace que se formen burbujas de vapor cerca del ojo del impulsor. A medida que estas burbujas se mueven hacia áreas de mayor presión, colapsan violentamente, dañando potencialmente el impulsor y reduciendo la eficiencia de la bomba.

Cavitación por turbulencia

La cavitación por turbulencia resulta de alteraciones del flujo en la entrada de la bomba. Las curvas pronunciadas, las obstrucciones o las configuraciones inadecuadas de las tuberías pueden crear vórtices y áreas de baja presión donde se forman burbujas de vapor. Este tipo de cavitación ocurre a menudo cerca de la entrada de la bomba y puede causar erosión de los bordes de ataque del impulsor.

Cavitación del síndrome de Vane

La cavitación del síndrome de paleta ocurre cuando el espacio libre entre el diámetro exterior del impulsor y el tajamar de la carcasa de la bomba es demasiado pequeño. Esta estrecha brecha acelera el flujo de fluido, creando zonas de baja presión donde se forman burbujas de cavitación. Por lo general, afecta las puntas de las palas del impulsor y la carcasa de la bomba cerca del área de descarga.

Cavitación de recirculación interna

La cavitación de recirculación interna se produce cuando una bomba funciona a caudales bajos, lejos de su punto de mejor eficiencia. El fluido recircula dentro de la bomba, creando áreas de baja presión donde se forman burbujas de cavitación. Este tipo puede dañar tanto el impulsor como la carcasa de la bomba, particularmente en las regiones entre la cubierta trasera del impulsor y la carcasa.

Cavitación por aspiración de aire

La cavitación por aspiración de aire resulta del aire que ingresa al sistema de bomba. Esto puede suceder debido a fugas en las tuberías de succión, sellado inadecuado o vórtices en el recipiente de succión. El aire arrastrado forma burbujas que colapsan cuando se someten a presiones más altas dentro de la bomba, provocando daños similares a otros tipos de cavitación.

Causas comunes de cavitación de la bomba

Cabeza de succión positiva neta insuficiente disponible (NPSHa)

La insuficiencia de NPSHa es la causa principal de la cavitación de la bomba. Cuando la altura de succión disponible cae por debajo del nivel requerido, se forman burbujas de vapor en el líquido. Estas burbujas colapsan cuando ingresan a zonas de mayor presión, causando daños al impulsor de la bomba y otros componentes.

Problemas con la línea de succión

Los bloqueos, restricciones o pérdidas excesivas por fricción en la línea de succión pueden provocar cavitación. Estos problemas reducen la presión en la entrada de la bomba, lo que potencialmente la hace caer por debajo de la presión de vapor del líquido.

Líquidos volátiles y presión de vapor

Bombear líquidos volátiles cerca de su presión de vapor aumenta el riesgo de cavitación. A medida que el líquido se acerca a su presión de vapor, se vuelve más susceptible a la formación de burbujas.

Operando fuera del punto de mejor eficiencia (BEP)

Hacer funcionar una bomba centrífuga demasiado lejos de su flujo BEP puede provocar cavitación. Esto ocurre a menudo cuando la bomba funciona a caudales significativamente mayores o menores que los diseñados.

Aire o gas arrastrados

La presencia de aire o gas arrastrado en el líquido bombeado puede provocar efectos similares a los de la cavitación. Estas burbujas de gas pueden colapsar y causar daños similares a la implosión de una burbuja de vapor.

Signos de cavitación de la bomba

Daño físico a los componentes de la bomba

La cavitación provoca una erosión grave de los componentes de la bomba. El impulsor a menudo presenta picaduras y pérdida de material, pareciendo desgastado más allá de su vida útil real. La carcasa de la bomba y los sellos también pueden mostrar signos de daño debido a las intensas ondas de choque producidas por el colapso de las burbujas de vapor.

Ruido y vibración anormales

El ruido y las vibraciones excesivos son signos reveladores de cavitación. El sonido se asemeja al de grava o canicas circulando por la bomba. Los niveles de vibración aumentan significativamente, lo que puede provocar desalineación y otros problemas mecánicos.

Presión y flujo de descarga reducidos

Una caída sustancial en la presión de descarga y el caudal indica cavitación. La presencia de burbujas de vapor en el fluido reduce la eficiencia de la bomba, lo que lleva a una disminución del rendimiento. Este efecto es particularmente notable en las bombas centrífugas.

Fallas frecuentes en sellos y rodamientos

La cavitación acelera el desgaste de sellos y cojinetes. Las intensas ondas de choque y vibraciones provocan fallos prematuros de estos componentes.

Consumo de energía inestable

El consumo errático de energía es otro indicador de cavitación. La corriente del motor y el consumo de energía fluctúan a medida que la bomba lucha por mantener el rendimiento. Esta inestabilidad puede provocar un mayor uso de energía y posibles daños al motor.

Cómo prevenir la cavitación de la bomba

Selección adecuada de la bomba con margen NPSHA suficiente

• Asegúrese de que la bomba tenga un margen de altura de succión positiva neta disponible (NPSHA) adecuado por encima del NPSH requerido.
• Consulte las curvas de rendimiento y las pautas de los fabricantes de bombas para elegir una bomba que funcione eficientemente dentro de su rango de aplicación previsto.
• Considere factores como el caudal, la presión de cabeza y las propiedades del fluido al realizar la selección.

Optimización del diseño del sistema

• Aumente el diámetro de la tubería de succión para reducir la velocidad del fluido y las caídas de presión.
• Minimice los accesorios y válvulas en la línea de succión para disminuir las pérdidas por fricción.
• Elimine los puntos altos de las tuberías que puedan atrapar vapor.
• Asegúrese de que la fuente de succión esté sumergida adecuadamente para evitar la formación de vórtices y el arrastre de aire.
• Un diseño de tubería adecuado con transiciones graduales y recorridos de flujo suaves ayuda a mantener el flujo laminar y la distribución uniforme de la presión.

Operar bombas cerca de su BEP

• Haga funcionar las bombas centrífugas cerca de su punto de mejor eficiencia (BEP) y dentro del rango operativo permitido especificado por el fabricante.
• Evite operar demasiado a la derecha en la curva de la bomba, lo que puede aumentar el NPSH requerido.
• Utilice variadores de velocidad cuando sea apropiado para adaptar la salida de la bomba a las demandas del sistema manteniendo al mismo tiempo una eficiencia óptima.

Mantener una presión de succión suficiente y una temperatura del líquido baja

• Mantenga la presión de succión por encima de la presión de vapor del fluido con un margen de seguridad adecuado.
• Considere usar bombas de refuerzo o elevar la fuente de succión si es necesario.
• Controle la temperatura del líquido, ya que las temperaturas más altas aumentan la presión de vapor y el riesgo de cavitación.
• Asegure una inmersión adecuada y mantenga niveles de líquido consistentes en los recipientes de succión.

Control del aire arrastrado y ventilación adecuada

• Instale válvulas de liberación de aire en puntos altos del sistema para eliminar el aire atrapado.
• Diseñe y mantenga adecuadamente los sistemas de ventilación para evitar la acumulación de aire.
• Utilice coladores o filtros para eliminar los residuos que podrían provocar caídas de presión locales.
• Asegúrese de que los sellos y las conexiones estén herméticos para evitar la entrada de aire, especialmente en el lado de succión de la bomba.

Monitoreo y mantenimiento regulares

• Implementar un programa de inspección y mantenimiento de rutina para bombas y componentes del lado de succión.
• Supervise los signos de cavitación, como ruido, vibración o consumo de energía errático.
• Revise y limpie periódicamente filtros, coladores y válvulas.
• Realice pruebas periódicas de flujo y presión para verificar el rendimiento de la bomba.

Preguntas frecuentes

Cuando una bomba está cavitando ¿qué sonido hace?

Una bomba de cavitación produce un ruido fuerte y distintivo. A menudo suena como grava o canicas circulando por el sistema. El ruido se describe como gruñidos, retumbos o grava. Este sonido es causado por la rápida formación y colapso de burbujas de vapor.

¿Qué es la cavitación de la bomba debido a un flujo bajo?

La cavitación de bajo flujo ocurre cuando ingresa líquido insuficiente a la bomba. Es causado por condiciones de baja presión o alto vacío en la entrada de la bomba. Esto "mata de hambre" a la bomba, lo que provoca la formación de burbujas cerca del ojo del impulsor. Estas burbujas implosionan y dañan el impulsor con el tiempo.

En conclusión

La cavitación de la bomba es un problema grave que puede dañar el equipo y reducir la eficiencia. Comprender sus causas, reconocer los síntomas e implementar medidas preventivas son cruciales para mantener el rendimiento de la bomba.

El mantenimiento regular, la selección adecuada de la bomba y la optimización del diseño del sistema son clave para evitar la cavitación. Para obtener asistencia experta, consulte a un especialista en bombas para garantizar el rendimiento óptimo del sistema.