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 S254  Cavitación. Cálculo de la altura geométrica máxima de aspiración.

S2

Fontanería
S25 Rama Bombas. Hidrocompresores.
S251 Rama Bombas centrífugas. Sus componentes.Clases de bombas.
S252 Rama Curva característica, q-h, de una instalación y de una bomba.Altura de elevación de una bomba.
S253 Rama Potencias y rendimiento. Elección de la bomba.
S254 Rama Cavitación. Cálculo de la altura geométrica máxima de aspiración.
S255 Rama Funcionamiento en paralelo y en serie  de las bombas.
S256 Rama Hidrocompresores. Descripción. Variedades básicas.Determinación de sus componentes.
S257 Rama Problemática al caso de varias bombas.
S258 Rama Tipologías usuales de hidrocompresores.
S259 Rama Normativa Autonómica.
S2510 Rama Ejemplo de cálculo.

EXPOSICIÓN:

En la presente ficha se desarrollan los siguientes apartados:

  1. Cavitación. 
  2. Cálculo de la altura geométrica máxima de aspiración.

1       CAVITACIÓN.

Durante el funcionamiento de la bomba se establece una depresión en su línea de aspiración.  Si el nivel del agua a aspirar se encuentra por debajo de la bomba, la presión atmosférica actuante sobre la superficie hace, por si sola, subir el agua (fig. 16).  Teóricamente, y salvo rozamientos, podría vencer una altura de 10,33 ms.

fig. 16FIG.16  


Sin embargo no se aconseja en ningún caso superar los 8 metros si no queremos que sobrevenga el problema de cavitación del que hablamos a continuación:

El agua, como cualquier líquido, y dependiendo de cada temperatura, posee una tensión de vapor; es decir una tendencia a cambiar al estado gaseoso.

Las partículas de agua pierden su presión atmosférica inicial a medida que se acercan a la bomba; al entrar en los álabes del rodete se produce en el mismo una nueva caída de presión.  Si la presión resultante en algún punto es inferior a la presión de vapor del líquido se forman bolsas de vapor.  Estas burbujas son arrastradas por el flujo y llegan a zonas dónde la presión aumenta; allí se juntan bruscamente y el vapor se vuelve a condensar.  Teniendo en cuenta que al vaporizarse el agua aumenta de volumen 1.700 veces, al condensarse disminuye de volumen en la misma proporción; en los espacios vacíos se precipita el agua que fluye a continuación golpeando contra la superficie de los álabes.  De este modo se ocasionan presiones locales que pueden alcanzar los 1.000 kp/cm2.  El fenómeno, conocido como "aspiración en vacío" o "cavitación" produce el deterioro de la bomba.

2       CÁLCULO DE LA ALTURA GEOMÉTRICA MÁXIMA DE ASPIRACIÓN.

2.1    Altura positiva neta de aspiración (APNA), ó net positive suctión head (NPSH), de una bomba.

Durante la aspiración la propia bomba - tanto por conversión de la presión en energía cinética, como por rozamiento del agua en sus elementos - gasta parte de la presión atmosférica inicial del agua.  Tal pérdida de presión es característica de cada bomba: es mayor en aquellas muy revolucionadas y en las de amplios diámetros de entrada.  Teniendo en cuenta que durante el funcionamiento las pérdidas aumentan con el caudal circulante el fabricante, mediante fórmulas "ad hoc" y ensayos, establece tales pérdidas para los posibles caudales y las incluye en la hoja de características por medio de una curva denominada "Curva de NPSH de la bomba" (fig. 17)

fig. 17

La NPSH, como hemos dicho, depende de la construcción de la bomba y varía con cada posición de la bomba (curva Q-H); tiene el valor mínimo para Q=o y crece fuertemente al aumentar el agua elevada.

Centrándonos ahora en la instalación se trata de averiguar qué presión atmosférica ha de quedar en el proceso íntegro de la aspiración para que no se produzca cavitación.

Refiriéndonos a la fig. 14 de este tema debemos poder escribir:

             Patm - [Hg(a) + Hp(a)] - NSPH > p0. v.

 ó sea     Patm - Hp(a) - NSPH - p0 v > Hg(a)

lo que nos da la altura a que podemos colocar la bomba, siendo:

Patm    =  presión atmosférica del lugar en m.c.a.

Hp(a)     =  pérdidas de carga desde la toma hasta el eje de la bomba en m.c.a.

NSPH   =  valor del parámetro en la posición de la bomba considerada (punto de la curva Q-H) expresada en m.

p0.v.      =  presión de vapor del líquido a la temperatura ambiente

Hg(a)     =  altura máxima de aspiración en m.

Valores para la utilización de ésta fórmula:

Altura

s/el mar (m)

   Patm (m)

 

Temp. del agua

 (0C)

  p0 .v. (m.c.a.)

 

         0 

     10,33

 

        10

       0,125

     1.000

      9,16

 

        20

       0,238

     2.000

      7,95

 

        30

       0,433

     3.000

      7,20

 

        40

       0,752

     4.000

      6,16

 

        50

       1,258

     6.000

      4,72

 

 

 

2.2    Ejemplo.

fig. 18Sea el grupo hidroneumático representado (fig. 18) que sirve a la instalación del ejemplo descrito en el punto 7.1.

DATOS

l1= 5 + 1 = 6 ms

f= 2" 1/2 ACERO                        

1       =  1 x 5         =   5,00 ms

  2      =  2 x 0,43  =    0,86 "

 1       =  1 x 2,14  =    2,14 "

1      =  1 x 1,31  =    1,31 "

                            l2 =    9,31 “

  L = l1 + l2  =  6 + 9,31 = 15,31

Para un caudal de 6 m3/h (= 1,66 l/seg) y f = 2 1/2 " tenemos (v. monograma de Flammant)  J = 0,015 m./m., luego

  *  Hp (a)  =  J x L = 0,015 x 15,31 =  0,23 m

Por otra parte la altura de aspiración será máxima para el algibe vacío

*  Hg(a) =  5 ms.

La edificación se sitúa en Tejeda, G.C (  2.000 m. s/nivel del mar).

*  Patm = 7,95 m

Si suponemos el agua a 20°:

*  p0. v. =  0,238 m.

Bomba ESPA Multi 30.6. Para la situación de la bomba:Q = 6 m3/h, H = 61 m, tenemos:

*  NPSH (v. ábaco del catálogo)  =  1,8

Fórmula:  Patm -  Hp (a) – NSPH – p0.v. > Hg (a)

7,95 - 0,23 - 1,8 - 0,24  =  5,68 > 5

Así pues Hg(a) cumple sobradamente, sin peligro de cavitación

NOTA.-   Las llaves de compuerta se mantendrán completamente abiertas; en caso contrario aumentaría peligrosamente Hp(a).


Actualizado 20/02/08

 ©  Contenido: Juan Carratalá Fuentes y Manuel Roca Suárez