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ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
INDICE
I. INTRODUCCION
II. OBJETIVOS GENERALES
III. OBEJETIVOS ESPECIFICOS
IV. MARCO TEORICO
V. CONCLUSIONES
VI. RECOMENDACIONES
VII. BIBLIOGRAFIA
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ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
I. INTRODUCCION
En esta oportunidad el tema a tratar es el de La Cavitación y NPSHr y
NPSHd, La cavitación es un fenómeno muy importante de la mecánica de
los fluidos y de particular influencia en el funcionamiento de toda máquina
hidráulica.
En las últimas décadas la tecnología del diseño de turbinas y bombas
centrífugas ha tenido un avance importante, el cual sumado a los incrementos en
los costos de fabricación, ha llevado a desarrollar equipos con mayores
velocidades específicas para minimizar esta Influencia, lo que determina un
incremento en el riesgo de problemas en la succión, especialmente cuando
operan fuera de su condición de diseño.
Si la presión en el impulsor es menor que la presión de vapor del líquido a
temperatura de funcionamiento se produce una evaporación súbita, la densidad de
líquido disminuye y se origina el fenómeno conocido como cavitación, habitualmente
esta presión se conoce como NPSH (Cabeza de Succión Positiva Neta), que es la
mínima presión absoluta requerida a la entrada de la bomba, expresada en columna
de líquido, por encima de la presión de vapor, para que la bomba funcione sin que
se produzca la cavitación.
II. OBJETIVOS GENERALES
Conocer en que consiste el efecto físico de Cavitación
Conocer qué tipo de Presión NPSHr y NPSHd deberá ser mayor para evitar
la cavitación
III. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Conocer que daños y/o problemas provoca la Cavitación.
Conocer las recomendaciones para evitar el efecto de Cavitación.
Conocer el funcionamiento correcto de una bomba y evitar que esta Cavite.
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ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO
IV. MARCO TEORICO
La cavitación es un fenómeno que se produce cuando el fluido hidráulico disponible no
es capaz de llenar todo el espacio existente. En esta situación el fluido pasa de estado
líquido a gaseoso para después pasar a líquido de nuevo. Este caso se presenta
frecuentemente en la entrada de las bombas hidráulicas cuando las condiciones de alimentación no son las adecuadas para conseguir mantener la entrada de la
bomba completamente llena de aceite.
En tal caso, se producen unas burbujas (o más correctamente, unas cavidades) que
explotan cuando quedan sometidas a la presión del sistema en la zona de impulsión
de la bomba.
Los motivos por los que puede darse la cavitación pueden ser:
Cambios bruscos de velocidad del fluido.
Velocidades de fluido excesivas.
Resistencia demasiado elevada en la línea de aspiración.
Nivel de aceite en el tanque demasiado alejado de la entrada de la bomba.
Viscosidad del aceite demasiado elevada.
En la entrada de la mayoría de las bombas hidráulicas, el vacío máximo admisible es
de 13 cm Hg. (0,17 bar). De forma ideal, no debería haber vacío alguno a la entrada e,
incluso, sería recomendable una presión positiva (sin que sea excesiva para no dañar
el retén del eje de la bomba); de otra forma, existe la posibilidad de que se produzca el
fenómeno de la cavitación.
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TIPOS DE CAVITACION:
Por lo dicho precedentemente hay dos tipos de cavitación, uno con flujo y
otro estando el líquido estático:
(a) Cavitación por flujo
(b) Cavitación por ondas
Ejemplos del tipo (a) los tenemos en tuberías donde la presión estática del líquido
alcanza valores próximos al de la presión de vapor del mismo, tal como puede
ocurrir en la garganta de un tubo venturi, a la entrada del rodete de una
bomba centrífuga o a la salida del rodete de una turbina hidráulica de reacción.
Los ejemplos del tipo (b) aparecen cuando estando el líquido en reposo, por él se
propagan ondas, como las ultrasónicas denominándose Cavitación Acústica, o
típicas ondas por reflexión sobre paredes o superficies libres debido a ondas de
compresión o expansión fruto de explosiones y otras perturbaciones como en el
caso del golpe de ariete, denominadas Cavitación por Shock .
DAÑOS PROVOCADOS POR LA CAVITACIÓN:
Los daños que se producen cuando hay cavitación son la erosión del metal dentro de la bomba y la aceleración del deterioro del fluido hidráulico. Cuando una
bomba hidráulica está cavitando se producen vibraciones y un característico ruido
similar a la explosión de burbujas por presión. No obstante, el ruido no se detecta
hasta que el vacío alcanza un valor de unos 25 cm Hg. (0,33 bar), pero el daño ya está
hecho tanto si se oye como si no.
Un daño por cavitación tiene un aspecto semejante a picaduras por corrosión, pero las
zonas dañadas son más compactas y la superficie es más irregular en el caso de la
cavitación. El daño por cavitación se atribuye parcialmente a efectos de desgaste
mecánico. La corrosión interviene cuando el colapso de la burbuja destruye la película
protectora, como se muestra esquemáticamente en la siguiente figura, con los pasos
siguientes:
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Se forma una burbuja de cavilación sobre la película protectora.
El colapso de la burbuja causa la destrucción local de la película.
La superficie no protegida del metal está expuesta al medio corrosivo y se
forma una nueva película por medio de una reacción de corrosión.
Se forma una nueva burbuja en el mismo lugar, debido al aumento de poder
nucleante de la superficie irregular.
El colapso de la nueva burbuja destruye otra vez la película.
La película se forma de nuevo y el proceso se repite indefinidamente hasta
formar huecos bastante profundos.
RECOMENDACIONES PARA EVITAR LA CAVITACIÓN:
Buen mecanizado y estado de conservación de la bomba.
Que la tubería de aspiración sea amplia y corta y que esté introducida en el
fluido con perfecto sellado con la bomba.
No arrancar la bomba teniendo el fluido muy frío (calentarlo a la temperatura
que convenga).
No trabajar con temperaturas muy elevadas del fluido.
Que la presión ene l circuito de aspiración sea la indicada por el fabricante.
Asegurar el nivel correcto de fluido en el depósito.
NPSHr y NPSHd
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La NPSH es un parámetro importante en el diseño de un circuito de bombeo si la
presión en el circuito es menor que la presión de vapor del líquido, éste entrará en algo
parecido a la ebullición se vaporiza, produciéndose el fenómeno de cavitación que
puede dificultar o impedir la circulación de líquido, y causar daños en los elementos del
circuito.
En las instalaciones de bombeo se debe tener en cuenta la NPSH referida a la
aspiración de la bomba, distinguiéndose dos tipos de NPSH:
NPSH requerida :
Es la NPSH mínima que se necesita para evitar la cavitación. Depende de las
características de la bomba, por lo que es un dato que debe proporcionar el fabricante
en sus curvas de operación.
NPSH requerido=H z+v2
2g
Donde:
H z es la presión mínima necesaria a la entrada del rodete, en m.c.l. (metros de
columna de líquido).
v2
2g es la presión cinética correspondiente a la velocidad de entrada del líquido
en la boca de aspiración, en m.c.a.
NPSH disponible :
Depende de las características de la instalación y del líquido a bombear.
NPSHdisponible=Paγ
−H a−h f−Pvγ
Donde:
γ: Es el peso específico del líquido (Nm3 ).
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Pa : Es la presión en el nivel de aspiración, en Pa
H a : Es la altura geométrica de aspiración en m.c.l.
h f : Es la pérdida de carga en la línea de aspiración, en m.c.l.
Pv : Es la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, en Pa
¿Cuál debe ser mayor? ¿NPSHd ó NPSHR?
NPSHR: requerido, NPSHD: disponible
NPSHD > NPSHR
Esta es la relación que debe cumplirse para evitar la cavitación.
En el caso contrario, es decir, NPSHd < NPSHr hay cavitación
De acuerdo al NPSHD se deberá verificar el NPSHR proporcionado por el fabricante,
si el NPSHR es mayor que el disponible se deberá aumentar este último, de lo
contrario se formará el fenómeno de cavitación en la bomba.
Existen dos formas de atender este problema (hay cavitación):
1° Disminuir el NSPHr
2° Aumentar el NSPHd
En el primer caso, tiene algunas formas de abordarlo, no obstante, sus formas son
limitadas:
Aumentar la boca de entrada de la bomba.
Instalar un inductor de aspiración en la boca de entrada de la bomba
Instalar una bomba con impulsor de doble aspiración
Usar una bomba de velocidad más baja, con un impulsor de diámetro más
grande.
Usar varias bombas de menor caudal en paralelo
Instalar una bomba de refuerzo en serie en la aspiración de la bomba principal.
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En el segundo caso, se habla de cuatro factores relevantes que intervenir:
La altura estática sobre la línea central de la bomba.
La Patm en la superficie del estanque de aspiración.
La presión del vapor del líquido.
Las pérdidas de carga de la línea de aspiración.
Para NO tener problemas de NPSH:
Evite cargas dinámicas menores a las del punto de máxima eficiencia.
Evite flujos mayores que los flujos de máxima eficiencia.
Evite elevaciones en la succión mayores (o cargas positivas menores a las
recomendadas).
Evite temperaturas de líquido mayores de las utilizadas para el diseño del
sistema.
Evite velocidades arriba de las recomendadas.
Colocar una reducción excéntrica en la succión, mínimo una medida arriba.
Aumentar el diámetro nominal de la succión, mínimo una medida arriba
GOLPE DE ARIETE
Fenómeno transitorio en el que se considera que:
la tubería no es rígida el líquido es compresible
Se produce ante un paro brusco del flujo del fluido (típico el cierre de una válvula). La energía cinética se transforma en energía de presión.
La sobrepresión pueden llegar a romper la tubería.
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Leyenda:
(1) Flujo a velocidad v
(2) Cierre brusco de la válvula
E. cinética ⇒E. presión
(3) Se propaga la onda de presión, c desde la válvula, la tub. se dilata.
(4) La onda de presión llega al embalse (t = L / c)
(5) La sobrepresión de la tub. hace que el agua contenida retorne el embalse a v. La tub. vuelve a su sección nominal (de izda a dcha)
(6) La onda llega a la válvula el agua sigue saliendo de la tub. (t = 2 L / c)
(7) La tub. entra en depresión y se contrae. La onda va hacia el embalse, c. El agua sigue saliendo de la tub.
(8) Toda la tubería en depresión (t = 3 L / c)
(t = 3 L / c)
(t = 4 L / c)
(9) Entra agua en la tubería, v La tub. va retornando a la situación inicial
(9) Entra agua en la tubería, v La tub. va retornando a la situación inicial
(10 = 1) … (2) ^(t = 4 L / c)
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Sobrepresión en un Golpe de Ariete
La sobrepresión depende del tiempo de cierre de la válvula, tc
1.- Cierre instantáneo, (tc= 0), es un caso teórico (el anterior)
Δt no es el tiempo de cierre, sino el que transcurre hasta que la masa de fluido considerado se detiene (en el caso de cierre total ⇒Δv = -v), (en un cierre parcial ⇒Δv = vfinal -v)
2.- Cierre rápido (0 < tc < 2L / c)
El cierre se produce antes de que la onda de presión se refleje en el Estanque y vuelva a la válvula; la sobrepresión idéntica al caso de Cierre instantáneo.
3.- Cierre lento, (tc > 2L / c)
La depresión generada al reflejarse la onda en el embalse disminuye la presión máxima respecto al instantáneo
Para minimizar los riesgos de un golpe de ariete (I):
• Reforzar la tubería
• Colocar válvulas antiariete (un resorte amortigua los cambios de presión)
• Instalar depósitos cerrados de aire (cuya presión amortigua las oscilaciones)
• Evitar cierres rápidos
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Recomendaciones
Para minimizar los riesgos de un golpe de ariete (II):
• Construir una chimenea de equilibrio (cámara en la que el líquido puede oscilar libremente)
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V. CONCLUSIONES La cavitación es un fenómeno que se produce siempre que la presión en
algún punto o zona de la corriente de un líquido desciende por debajo de
un cierto valor mínimo admisible.
La protección contra la cavitación debe comenzar con un diseño
hidráulico adecuado del sistema, de tal manera que se eviten en lo
posible las presiones bajas.
La relación que debe cumplirse para evitar la cavitación es NPSHD >
NPSHR
VI. RECOMENDACIONES La cavitación es un efecto físico cuya aparición depende de las condiciones de
funcionamiento. Por tanto, cuando se proyecta una instalación debe intentarse
que no aparezca la cavitación o que sus efectos sean los menores posibles.
Para evitar cavitación en la bomba y asegurar el correcto funcionamiento de una instalación, el NPSH disponible debe ser siempre mayor al NPSH requerido por la bomba.
VII. BIBLIOGRAFIA http://www.hidraoil.es/articulo/cavitacion-en-las-bombas-hidraulicas/
http://blog.gmveurolift.es/cavitacion-en-las-bombas-hidraulicas/
www.agronoms.cat/.../ Cavitacion %20español%202_editora_241_90.pdf
http://html.rincondelvago.com/cavitacion_1.html
http://cavitacionynpsh.blogspot.com/2010/12/npshr-y-npshd.html
http://manuelnautyciencia.blogspot.com/2014/05/presion-requerida-
npshr-y-disponible.html
http://proptermodinamicas2.blogspot.com/
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