5 CAVITACION

CAVITACIONNPSH REQUERIDO – NPSH DISPONIBLE

CAVITACIÓN

Limitaciones de la Succión

En gran parte, los problemas de bombas centrifugas son causados por deficiencias en las condiciones de succión!

No se puede enfatizar suficiente la importancia de mantener la bomba dentro de sus limites de presion

de succión

TENGA EN MENTE QUE...

Limitaciones de la Succión

NPSH “Net Positive Suction Head” Termino que se usa para cuantificar la

presion necesaria en la succión de la bomba que garantize un funcionamiento adecuado

En aplicaciones autocebantes es necesario considerar la cantidad de aire que la bomba tiene que evacuar

NPSH Disponible

La presion actuando sobre la superficie del liquido

La carga estatica “columna de agua” Las perdidas por friccion en la tuberia de

succion La velocidad del liquido en la succion La presion de vapor del liquido

Estos factores constituyen las condiciones dinamicas de succion y necesitan ser cuidadosamente consideradas antes de hacer la seleccion final de la bomba

Los factores que afectan el NPSH disponible son:

Un buen diseño permite un valor alto de NPSHA

Notas Mentales

Mal comportamiento de la bomba Vibración excesiva Operación ruidosa Fallo prematuro de los

componentes

NPSHA (disponible) Tiene que ser mucho mayor que el

NPSHR (requerido) por la bomba para prevenir:


Presión Actuando En La Superficie del Liquido

Presión atmosférica Tanque Presurizado Tanque en Vacío La presión en él liquido es un

importante contribuyente del NPSHA de un sistema

Presión actuando en la superficie del liquido “La empuja” Hacia la bomba

Presión deVapor del Liquido

La presión de Vapor a una temperatura determinada indica el valor entre el estado liquido y gaseoso

La presión de Vapor tipicamente varia con la temperatura

La presión en la succión nunca debe bajar mas alla de la presión de vapor del liquido

La Presión deVapor del Liquido tiene que ser cuidadosamente considerada para garantizar el funcionamiento correcto de la bomba

Presión deVapor

Un liquido con una presión de vapor de 8 psi @ 100º F requiere al menos 8 psi de presión actuando sobre el liquido para conservar su estado

La presión en un sistema de manejo de liquidos debe ser igual o mayor a la presión deVapor del Liquido a travez del sistema.

Sin suficiente presión el liquido pasa a estado gaseoso y se dice que la bomba entra en cavitacion.

Presión deVaporEl agua ebulle a differentes temperaturas

dependiendo de: La presion Atmosferica Aire u otros gases disueltosLas soluciones tienden a tener presiones de vapor

mas altas que el liquido puro

Ejemplo: El aceite disuelve hasta un 10% de aire por volumen mientras que en la gasolina este valor puede llegar hasta un 20% (A presion atmosferica).

Mas tarde en la succion de la bomba se formaran burbujas que mas tarde produciran implosiones dañinas.

NPSH A(disponible)

NPSHA = Hpa - Hvp +- HZ - Hvh - HF

Donde:Hpa = La presion atmosferica / u artificial sobre el liquido

Hvp = La Presión de Vapor del Liquido

HZ = La elevación estatica por encima del ojo del impulsor

Hvh = Las perdidas de carga por velocidad

(El tipo de succion es determinante de estas)

HF = Las perdidas por fricción de la tubería de succión

NPSH Disponible

La presion actuando sobre la superficie del liquido

La carga estatica “columna de agua” Las perdidas por friccion en la tuberia de

succion La velocidad del liquido en la succion La presion de vapor del liquido

Estos factores constituyen las condiciones dinamicas de succion y necesitan ser cuidadosamente consideradas antes de hacer la seleccion final de la bomba

Los factores que afectan el NPSH disponible son:


CAVITACION

CAVITACION

IMPLOSION BURBUJAS

FRENTE ALABES

PARTE TRASERA

ENTRADA SALIDA

DESARROLLO DE LA PRESION EN UN IMPULSOR

IMPLOSION BURBUJAS

CURVA BOMBA CAVITANDO

CAVITACION

NPSH REQUERIDO SIN Y CON AIRE/GAS

PARAMETROS PARA EL CALCULO DEL NPSH DISPONIBLE

Presión de Vapor• Un líquido hierve cuando su presión de vapor es

igual a la presión que lo rodea. • La presión de vapor es causada por un equilibrio

entre las moléculas del fluido en el estado gaseoso y las moléculas del fluido en el estado líquido.

Por ejemplo, a 150°F, la presión de vapor del agua es de 3.7 psia. A 180°F, la presión de vapor es de 7.5 psia.

# de moléculasfluido al gas = # de moléculasgas al fluido

Altura Neta De Succión Positiva (NPSH)• Las bombas pueden bombear solamente líquidos, no

vapores.• La operación satisfactoria de una bomba requiere que la

vaporización del líquido que es bombeado no ocurra bajo ninguna condición de operación.

• 1 pie3 de agua a temperatura ambiental se convierte en 1700 pies3 de vapor.

• Si se quiere bombear un fluido efectivamente, se debe mantener siempre en forma líquida.

• La vaporización comienza cuando la presión del vapor del líquido es igual a la presión de succión o la Altura (cabeza) total de succión.

Hs = hvp

NPSH • Cualquier disminución en la presión de succión o aumento

en la temperatura de operación puede inducir la vaporización.

• Así que, la bomba necesita tener siempre una cantidad de cabeza total de succión suficiente para impedir la vaporización. Aquí es donde entra el concepto de NPSHr.

• NPSHr se define como la cabeza neta de succión positiva requerida.

• Son valores que publica el fabricante de bombas en forma de curva para el rango de capacidad de la bomba que indican el valor mínimo de cabeza total de succión donde vaporización del líquido comienza.

NPSH • El NPSHr es obtenido por el fabricante de la

bomba probando la bomba a diferentes flujos de agua. Cuando las primeras señales de vaporización ocurren, se apunta la presión de succión y se convierte a cabeza.

• Esta cabeza es el número principal publicado en la curva característica de la bomba, bajo la curva denominada NPSH Req.

Una manera sencilla de entender el NPSHr es llamarlo la presión de succión mínima necesaria para mantener el fluído bombeado en su forma líquida

ZONA DE CAVITACION

ENSAYO VISUALIZACION

Curva del NPSHr

T.D.H.(ft)

Capacidad (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impulsor

8.5 " Impulsor

B.H.P.

0

20

10b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

0

10

15

20

25

30

NPSH

NPSH REQUERIDO

Altura Neta de Succión Positiva Disponible (NPSHa)

• NPSHa es función del sistema en el cual la bomba funciona, en comparación con NPSHr, que es función del diseño de la bomba.

• NPSHa es el exceso de presión que el líquido tiene sobre su presión de vapor al llegar a la succión de la bomba, para asegurar que la bomba seleccionada no entre al proceso de cavitación..

• NPSHa = Hs - hvps

• NPSHa debe ser más grande que NPSHr para que la bomba opere apropiadamente.

• Es práctica normal tener por lo menos de 2 a 3 pies adicionales de NPSHa en la succión para evitar problemas.

Ejercicio

Usted tiene una bomba que está tratando de bombear 300 gpm de agua a una temperatura de 110 grados F. La presión de succión de la bomba indica 3 psig. ¿Es el NPSHa mayor que el NPSHr? ¿Llegará a cavitar la bomba? Fórmula: h=p*2.31/SGSG del agua = 1.0NPSHa = Hs – hvphvp del agua a 110°F = 2.94 pies

T.D.H.(ft)

Capacidad (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impulsor

8.5 " Impulsor

B.H.P.

0

20

10b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

0

10

15

20

25

30

NPSH

Solución

Usted tiene una bomba que está tratando de bombear 300 gpm de agua a una temperatura de 110 grados F. La presión de succión de la bomba indica 3 psig. ¿Es el NPSHa mayor que el NPSHr? ¿Llegará a cavitar la bomba? Fórmula: h=p*2.31/SGSG del agua = 1.0NPSHa = Hs – hvphvp del agua a 110°F = 2.94 pies

T.D.H.(ft)

Capacity (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impeller

8.5 " Impeller

B.H.P.

0

20

10b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

0

10

15

20

25

30

NPSH

x

Respuesta:

Hs = 2.31*3/1 = 6.93 pies

NPSHa = 6.93-2.94= 3.99 pies

El NPSHr a 300 gpm es alrededor de 10 pies, por lo tanto cavitación ocurrirá.

Ejercicio

T.D.H.(ft)

Capacidad (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impulsor

8.5 " Impulsor

B.H.P.

0

20

10b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

0

10

15

20

25

30

NPSH

Usted está teniendo problemas con el desempeño de una bomba que está bombeando agua y quiere determinar si es un problema mecánico o si la bomba está cavitando. Determine si el NPSHa es suficiente para impedir la cavitación. El flujo actual es de 500 gpm, la presión de succión es de 15 psig, y la temperatura es de 80°F.

Fórmula: h=p*2.31/SGSG del agua = 1.0NPSHa = Hs – hvphvp del agua a 80°F = 1.17 pies

Ejercicio: SoluciónUsted está teniendo problemas con el desempeño de una bomba que está bombeando agua y quiere determinar si es un problema mecánico o si la bomba está cavitando. Determine si el NPSHa es suficiente para impedir la cavitación. El flujo actual es de 500 gpm, la presión de succión es de 15 psig, y la temperatura es de 80°F.

T.D.H.(ft)

Capacity (gpm)

0 100 200 300 400 500 600

20

40

60

80

100

120 9" Impeller

8.5 " Impeller

B.H.P.

0

20

10b.h.p. @ sp. gr. = 1.

3500 R.P.M.

NPSH Req

0

10

15

20

25

30

NPSH

x

Fórmula: h=p*2.31/SGSG del agua = 1.0NPSHa = Hs – hvphvp del agua a 80°F = 1.17 pies

Respuesta:Hs = Psucción*2.31/SG = 15*2.31/1 Hs = 34.65 piesNPSHa = 34.65 – 1.17 = 30.05 pies

El NPSHr a 500 gpm es alrededor de 23 pies, por lo tanto cavitación no ocurrirá.

MARGENES DE SEGURIDAD PARA NPSH

NPSH DISPONIBLE

SELECCIÓN NPSH REQUERIDABOMBAS DE SIMPLE Y DOBLE SUCCION – CON BASE EN LA VELOC. ESP. DE SUCCION

CALCULOS NPSH

Velocidad Específica de succiónMss. = RPM x GPM .5

ANPAR .75

ANPAR = ANPA requerido, en pies. ; Gpm= Caudal de eficiencia máx.(La mitad p/ impulsores de doble succión))

• Es un número índice que indica la característica de succión de un impulsor determinado.

• Se usa para comparar características de succión de distintos diseños, o evaluar la evolución del ANPAR con distintas velocidades.

• Para elevados valores de Nss, el impulsor tiene menor capacidad de trabajar alejado del PME, por recirculación en el ojo y por cavitación hidrodinámica.

VELOCIDAD ESPECIFICA DE SUCCION

CAVITACION

CAVITACION - IMPLOSION

IMPLOSION DE UNA BURBUJA

Microjetting – High Speed Photograph

• Microjet has formed• Vapor bubble is in the

process of imploding towards the nearby hard surface

• Shockwaves generated by microjetting can be up to 145,000,000 psi

• This pressure vastly exceeds the compressive strength of any metal alloy

CAVITACIONDISTRIBUCION BURBUJAS Y PERDIDA DE PESO POR UNIDAD DE TIEMPO EN FUNCION DEL COEF. DE CAVITACION A ALTURA CTE

CAVITACION INGRESO IMPULSOR

NPSH DISPONIBLE

PLANO REFERENCIA PARA NPSH

NPSH Margin for Centrifugal and Vertical Pumps - HI 9.6.1

• NPSH Margin = NPSHA - NPSHR

Up to 2.5 times NPSHR to achieve 100% pump differential head

• NPSH Ratio = NPSHA/NPSHR

Ratio of 2 to 20 to eliminate incipient cavitation

Inducers are beyond the scope of HI 9.6.1

Suction Energy

• Suction Energy Increases Due To:– Suction Nozzle Size– Pump Operating Speed– Suction Specific Speed– Fluid Specific Gravity

RELACION NPSHA / NPSHR

CAVITACION “PITTING”

CAVITACION “AGUJEROS”

IMPULSOR DAÑADO POR CAVITACIÓN

MEJORA NPSH - INDUCTOR

INDUCTORES

Inducer Performance

"GENTLE" BREAKDOWN

3% PUMP SUPPRESSION1% SUPPRESSION

"SHARP" BREAKDOWN

100%

97%

AdequateNPSHA

PU

MP

OR

IND

UC

ER

HE

AD

RIS

E

NPSH

P vap

P liquid

Head

DistanceA B C D E

A : Pump SuctionB : Inducer InletC : Impeller InletD : Diffuser Throat InletE : Pump Discharge

Inducer Effect

Inducer Effect

NPSHShowing operating range of normal Impeller

H

Q

Operating Parameters

Best Efficiency Point

Min

imu

ms

afe

flo

w

Ma

x.

flo

w

NPSH Required

NPSH Available

Operating Range

NPSHShowing difference between the operating range of Impeller and Inducer

H

Q


Best Efficiency Point

Min

imu

ms

afe

flo

w

Ma

x.

flo

w

ImpellerNPSH Required

NPSH Available

Inducer NPSH Required

InducerOperating

Range

Effect of Air/Gas in Liquid

This has two effects:-1. Effects all centrifugal pumps Chokes Impeller eye with gas, causing progressive loss in pump head and flow


H

Q

0% Gas

1% Gas2% Gas3% Gas

RECIRCULACION

VORTICE DE TAYLOR

5 CAVITACION

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