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.
El proceso físico de la cavitación es casi exactamente igual que el que ocurre durante la ebullición. La mayor diferencia entre ambos consiste en cómo se efectúa el cambio de fase. La ebullición eleva la presión de vapor del líquido por encima de la presión ambiente local para producir el cambio a fase gaseosa, mientras que la cavitación es causada por una caída de la presión local por debajo de la presión de vapor.
Para que la cavitación se produzca, las "burbujas" necesitan una superficie donde nuclearse. Esta superficie puede ser la pared de un contenedor o depósito, impurezas del líquido o cualquier otra irregularidad.
El factor más determinante en cómo se produce la cavitación es la temperatura del líquido. Al variar la temperatura del líquido varía también la presión de vapor de forma importante, haciendo más fácil o difícil que para una presión local ambiente dada la presión de vapor caiga a un valor que provoque cavitación.
Equipo y material utilizado
- Banco Hidrostático.- Aparatos de Capilaridad.
- Tubos capilares de diámetros diversos.
- Sustancias a ensayar.
- Paño de limpieza.
Realización de la práctica
Para realizar un ensayo de NPSH de una bomba se necesita medir:• Caudal
• Presión absoluta a la entrada de la bomba
• Altura útil o efectiva
• Velocidad de rotación
• Temperatura de fluido
Además necesitaremos una instalación que permita variar el caudal y el NPSHd
Desarrollo de la práctica
Para hacer el ensayo de cavitación mediremos el caudal máximo de la bomba girando a 2000rpm. Después tomaremos una serie de medidas al 80%,50% y 20% del caudal máximo, variando la presión de vacío escalonadamente. Para cada punto mediremos pv,pe, y ps, para hallar el caudal, la altura y el NPSHd.Cuando la bomba empiece a cavitar la altura desciende bruscamente. El criterio que elegimos para encontrar el NPSHr, consiste en tomar el NPSHd cuando la altura ha descendido un 3%.
Los datos obtenidos fueron:
Para un caudal del 80%
Pdiaf=883.2mbarQ=111.38m3/h
Para un caudal del 50%
Pdiaf=344.9mbarQ=69.60m3/h
Para un caudal del 20%
Pdiaf=55.2mbarQ=27.4m3/h
Tamb=25ºC
HR=65%
La segunda medida es de dudosa fiabilidad pues detectamos que la bomba, por el sonido que hacía el agua, empezó a cavitar antes de que según nuestro criterio cavitará.
Ahora ya sólo nos queda hallar el punto de NPSHr, que será el punto de NPSHd cuando la altura haya disminuido un 3% según nuestro criterio antes expuesto.
Según esto el NPSHr resulta:
Para un caudal del 80%
NPSHr=7 mcaPara un caudal del 50%
NPSHr=4 mcaPara un caudal del 20%
NPSHr=3.5 mcaEn la página siguiente ilustramos gráficamente el ensayo de NPSHr, así como una gráfica NPSHr-Q a partir de los resultados en la que podemos ver que el NPSHr es una función del caudal al cuadrado.
Ahora nos interesa saber, cuál sería la gráfica NPSH-Q si variamos la velocidad de giro, aumentándola o disminuyéndola un 10%.
Estos valores están dentro de lo tolerado según norma por lo que podemos aplicar las leyes de semejanza y, por tanto, el nuevo NPSHr, que debemos usar es:
Por tanto las gráficas NPSH-Q para las tres velocidades de giro quedarán:
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