“Cavitación y Carga Neta Positiva de Succión” Autores Fecha Marlin Serracín 4-784-896 Abelardo Warner 3-743-1160 22/4/19 Desarrollo Cavitación en Turbomáquinas Cuando se crearon las turbomáquinas los diseñadores estaban preocupados por los daños causados por el fenómeno de la cavitación, que es la aparición de cavidades de gas llenas de vapor dentro del flujo de un líquido. Causas El fenómeno de la cavitación ocurre cuando la presión estática del flujo del líquido cae por debajo de la presión de vapor del líquido; sí el líquido es saturado con gas disuelto, la cavitación ocurre cuando la presión estática cae por debajo del punto de burbuja. Las regiones de baja presión de un fluido con cavitación pueden: Parecer espumosas como cuando las burbujas de gas salen de una solución Consistir en una serie de burbujas crecientes y colapsadas llenas de vapor Formar una cavidad unida a una superficie sólida La hidrodinámica del campo de flujo puede verse afectada en gran medida por la presencia de estas cavidades; también, las ondas de presión originadas por el colapso de las cavidades transitorias en el flujo del fluido pueden producir una erosión grave en el material. Consecuencias En la mayoría de los casos, el inicio y el crecimiento de la cavitación establecen un límite superior en el rendimiento del equipo hidráulico y evitan que el ingeniero haga muchas cosas útiles. Uno de los efectos más comúnmente reconocidos y económicamente significativos es el daño que causa a las estructuras y máquinas hidráulicas. De hecho, el daño por cavitación es tan común y tan grave que para muchas personas se lo considera como el fenómeno en sí mismo y no como un efecto cuya causa es la cavitación. En el campo de la maquinaria, el daño a las turbinas hidráulicas es común. Aquí, el área afectada generalmente se encuentra cerca del extremo de descarga de los pasajes del corredor y en el tubo de tiro, así como en la válvula de alivio y los dispositivos de disipación de energía asociados. Daños por cavitación similares pueden ocurrir en los impulsores de las bombas centrífugas, particularmente en unidades grandes. Con grandes instalaciones de bombas o turbinas, se recomienda constantemente al diseñador de la planta que mantenga el costo inicial lo más bajo posible. Esto tiende a mantener al mínimo el margen de seguridad contra la cavitación. Desafortunadamente, el conocimiento actual de los factores que controlan la cavitación es aún incompleto. El resultado es que se encuentra que el margen de seguridad diseñado es insuficiente cuando la planta se pone en funcionamiento. En algunas instalaciones incluso puede ser económicamente seguro diseñar deliberadamente para una operación con una cantidad limitada de cavitación, sobre la base de que las reparaciones anuales necesarias pueden ser menos costosas que el costo de garantizar una operación sin cavitación. Fig, 01. Daño por cavitación en turbina Francis Fig, 01. Daño por cavitación en el impulsor de bomba centrífuga Carga Neta Positiva de Succión (NPSH) NPSH (Net Positive Suction Head): Por definición el NPSH es la carga de succión neta positiva, medida con relación al plano de referencia, aumentada de la altura correspondiente a la presión atmosférica y disminuida de la altura debida a la tensión de vapor del líquido. Hay que tener presente dos conceptos: NPSH (Requerido) Es la NPSH mínima que se necesita para evitar la cavitación. Depende de las características de la bomba, por lo que es un dato regularmente proporcionado por el fabricante. NPSHr = Hz + (V2/2g) Donde: Hz = Presión absoluta mínima necesaria en la zona inmediata anterior a los alabes. V2/2g = Carga cinética correspondiente a la velocidad de entrada del líquido en la boca del impulsor. NPSH (Disponible) Depende de las características de la instalación y del líquido a bombear. Esta es independiente del tipo de bomba y se calcula de acuerdo a las condiciones atmosféricas y de instalación/operación. NPSHd = Ha – Hs – Hv – Hf Donde: Ha = Presión atmosférica en pies (ver en tablas) Hs = Altura de succión en pies (Nota: Hs se resta si el nivel del agua está por abajo del ojo del impulsor; se suma si el nivel del agua está por arriba del impulsor) Hv = Presión de vapor en pies (depende de la temperatura del líquido; ver en tablas) Hf = Pérdidas de fricción en la tubería de succión (pies) Referencias Remarks on cavitation in turbomachines, consultado el 20 de abril de 2019, en Caltech.edu https://authors.library.caltech.edu/58024/1/79.3.pdf Cavitation Mechanics and its Relation to the Design of Hydraulic Equipment, consultado el 20 de abril de 2019, en Sage Journals https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1243/PIME_PROC_1952_166_020_02 Carga de succión neta positiva, consultado el 20 de abril de 2019, en Noticias del Mercado, Franklin electric https://franklinelinkmx.wordpress.com/2010/04/26/npsh-carga-de-succion-netapositiva/
