ALTURA DE ASPIRACIÓN MANOMÉTRICA
Es la altura negativa o depresión en la tubuladura de aspiración de una bomba, respecto a la atmósfera libre, expresada en metros de columna de líquido impulsado.
El valor de Hs nos lo dará un vacuómetro instalado en la tubería de aspiración, a la altura del eje de la bomba si es de construcción horizontal y a la altura de la parte más alta del borde de entrada de los alabes del impulsor de la primera fase, si es de construcción vertical.
La altura de aspiración manométrica viene expresada por la siguiente relación:
Donde,
Hg = altura de aspiración geométrica ente el nivel inferior del liquido y el eje de la bomba
Hf = pérdidas de carga por fricción en la tubuladura de aspiración.
Ha = perdida en los accesorios (válvula de pie, codos etc.)
V = velocidad del liquido
Si designamos por Hatm el valor de la presión atmosférica, la presión, absoluta en la tubería de aspiración inmediatamente delante del oído del impulsor será:
Cavitación.
Se conoce con el nombre de cavitación a fenómeno que se produce cuando en un punto de una corriente líquida, la presión se hace inferior a la tensión de vapor correspondiente a la temperatura que se encuentra el líquido, el descenso de la presión, origina que el liquido hierva a una temperatura muy inferior a los 100ºc o sea que comience a vaporizar. En algunos casos dependiendo de las condiciones de circulación se formará un émbolo de vapor, que llegará en ocasiones a obstruir por completo la circulación: en otros, las cavidades serán pequeñas, ocupadas por burbujas de vapor, que arrastrará la corriente y que al llegar a lugares que exista una presión mayor, colapsarán, acompañando este colapso con esfuerzos de compresión súbitos de gran intensidad.
El hecho de formación de burbujas o émbolos de vapor no tiene en sí mayores consecuencias, el colapso súbito con los esfuerzos que le acompañan es el que origina los inconvenientes de la cavitación. El ruido que se produce por el colapso de las burbujas, es característico del fenómeno, así como las vibraciones. Si el punto de colapso, es decir el punto donde aumenta la presión esta cerca de una superficie sólida, resulta que esta superficie recibe una cantidad innumerable de impactos intermitentes y al final fallará por fatiga del material.
De aquí la importancia en las bombas y los cuidados que deben tenerse para evitarlo.
En las bombas centrifugas, el lugar de menos presión se encuentra a la entrada del impelente, pero la presión aumenta inmediatamente después, en cuanto el liquido entra a los conductos que forman los alabes del impelente, y si se ha producido la evaporación del liquido porque la presión a la entrada lo permite, se producirá el colapso de las burbujas sobre las paredes, con el efecto consiguiente.
El aspecto de la superficie afectada por la cavitación es el de una superficie sobre la que ha actuado una inmensa corrosión. Estos efectos reducen la eficiencia de la bomba, llegando a su inutilización y su operación costosa, de ahí la importancia de evitar que se produzca este fenómeno.
Para evitar la cavitación en toda instalación de bombeo se procurará que el valor de la presión absoluta obtenida no sea inferior a la necesaria para producir la aceleración del líquido y sea superior a la tensión del vapor del líquido impulsado a la temperatura existente.
NPSH (Net Positive Sucetion Head)
Por definición el NPSH es la altura total de carga a la entrada de la bomba, medida con relación al plano de referencias, 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:
NPSR (Requerido)
Presión absoluta mínima en el oído del impulsor que garantiza un flujo sano en el interior de la bomba. Es un dato básico característico de cada tipo de bomba, variable según el modelo y tamaño y condiciones de servicio, por tanto es un dato facilitan los fabricantes.
NPSH (Disponible)
Presión absoluta total en el oído del impulsor como resultado final de la aspiración especifica de las condiciones de la instalación. Es función de la instalación e independiente del tipo de bomba.
El conocimiento del NPSHd por el instalador es fundamental para la elección adecuada de la bomba y evitar así posibles fracasos.
En donde:
Patm = presión atmosférica (m.)
Hg = altura geométrica de aspiración (m.)
Hf = perdidas de carga por ficción (m)
Ha = perdidas de carga por accesorios (m)
Tv = tensión de vapor (m)
Todos estos datos pueden obtenerse fácilmente por cálculo o por conocimiento de la instalación.
En el caso de un ensayo en banco de pruebas se obtendrá el NPSHr con ayuda de la relación:
Siendo:
Hz = Presión absoluta mínima necesaria en la zona inmediata anterior a los alabes.
V2/2g = Carga cinética correspondiente a la velocidad de entrada del liquido en la boca del impulsor.
En términos prácticos el NPSHr puede considerarse como la perdida de carga motivada por la eficiencia de fabricación de la bomba.
Para un funcionamiento correcto de una instalación se verificará siempre que:
NPSHd >= NPSHr
A pesar de cumplirse la condición anterior en la que NPSHd >> NPSHr puede presentarse algún fenómeno de cavitación, al reducir el caudal bombeado a limites en los que se produce una recirculación en el oído del impulsor que puede provocar localmente una disminución de presión, inferior a la tensión del vapor del liquida.
Nota: Plano de referencia es el plano horizontal que pasa por el centro del circulo descrito en su giro, por el punto más elevado del borde de entrada del alabe del rodete.
Las soluciones como ya hemos indicado solamente pueden conseguirse aumentando el NPSHd y por tanto, podemos adoptar cualquiera de las siguientes:
Aumento tubería de aspiración. En bombas verticales aumentar la sumergencia. Disminuir la altura geométrica de aspiración.
Cambio a una bomba mayor a menor velocidad, etc.
Sumergencia.
Es la altura (S) de liquido, necesaria sobre la sección de entrada (válvula de pie campana, tubo, etc.), para evitar la formación de remolinos (vortex o vórtices) que puedan afectar al buen funcionamiento de la bomba.
La formación de estos remolinos se deben principalmente a la de presión causada por:
La bomba.
Mala disposición de la misma en la cámara de aspiración
Una irregular distribución del flujo.
Como valor indicativo de la sumergencia mínima necesaria, podemos adoptar la que obtendremos por los siguientes criterios:
—Fluctuaciones de caudal, sin merma apreciable en la altura.
—Ruidos y vibraciones, n requerimientos variables de potencia (variación amperímetro).
—Formación de remolinos visibles en la superficie o sumergidos.
—No produce cavitación.
Soluciones, para reducir la sumergencia necesaria:
—Aumento de la sección de entrada (colocación de sombrillas, mayor diámetro de la tubería de aspiración, etc.).
—Colocación de tabiques flotantes o sumergidos que eliminen las turbulencias.
—Maderas flotantes, alrededor de la tubería de aspiración, así como pelotas de plástico, y todo aquello que sea paz de impedir la formación de vórtices o remolinos en la superficie.
Perdidas de carga.
Las pérdidas por fricción en la tubería de aspiración se determinan por una de las formulas siguientes:
Hazen-William
Donde:Q = caudal
D = diámetro interior
C = coeficiente de rugosidad
C = 140 plásticos
C = 120 acero nuevo
C = 110 acero usado
Scobey
K = 0.36 acero nuevo
K = 0.32 plásticos
Manning
N = 0.08 P.V.C.
N = 0.012 acero
Las perdidas locales ocasionada por los distintos accesorios de la tubería de aspiración se determinan por la formula
siguiente:
Ha = perdidas locales en m.c.a.
K = coeficiente que depende del tipo de accesorio.
V = velocidad de paso.
g = aceleración de la gravedad = 9.81 m/seg2
Tuberías de succión.
Para obtener en una instalación la máxima altura de aspiración geométrica, será necesario reducir al mínimo los parámetros que puedan provocar una disminución del valor de NPSHd.
Para conseguirlo deberemos cumplir los siguientes requisitos:
• Mantener la temperatura del agua lo más baja posible.
• Tubería lo más corta posible.
• Codos con radio de curvatura = 2 diámetros.
• Tubería ascendente hacia la bomba con pendiente entre 0,5 y 2 %.
• Utilizar para contracciones codos asimétricos, con la parte superior recta.
• Tuberías de aspiración herméticas a la presión atmosférica.
• El tramo próximo a la bomba será recto con una longitud mayor a 2 diámetros.
• El diámetro de la tubería de aspiración se determinara de acuerdo con la velocidad permisible:
Para diámetro hasta 250 mm velocidad = 0,7 a 1 m/s
Para diámetro desde 300 a 800 mm velocidad = 1 a 1,5 m/s
Para diámetro mayor de 800 mm velocidad = 1,5 a 2 m/s
El valor de NPSHr se deberá tomar de los datos facilitados por el fabricante de la bomba.
El fenómeno de la cavitación en función del caudal elevado.
1. Cuando el caudal suministrado por la bomba se redice al 25% del caudal optimo(Qop = 100% ), se produce una elevación del NPSH r (máxima turbulencia ). Este valor va disminuyendo hasta alcanzar un valor mínimo en el punto 1 (40% Qop ).
2. Entre los puntos 1 y 2 (40 y 60% Qop ) el valor de NPSHr se mantiene en su valor mínimo ( turbulencia mínima ).
3. A partir del punto 2 ( 60% Qop ),el valor de NPSHr va aumentando progresivamente pasando por los puntos 3 y 4 ( Qop ) y alcanzando el punto de máximo valor, cuando el caudal elevado es del 130% de Qop (turbulencia máxima).
Obras de toma.
Es el comienzo del sistema de bombeo, a través de la cual el agua llega a la bomba.
La obra de toma debe garantizar el caudal calculado para los niveles dados y proteger el sistema de alzolves, basura y peces.
La obra de toma debe tener la posibilidad de cerrar total o parcialmente el agua al sistema de bombeo durante las reparaciones, limpiezas o averías.
Debe tener en cuenta los niveles máximos y mínimos de la presa, río, pozo etc.
Selección para el lugar de la obra de toma.
No se recomienda ubicar la obra de toma en lugares en forma de ensenada, tramos de posible erosión de la margen, y zonas de depósito de azolves como son los remansos de los ríos.
No se recomienda ubicar las obras de toma aguas debajo de hidroconjuntos ni de la desembocadura de afluentes.
En los embalses la toma se puede ubicar:
En los lugares donde la profundidad son iguales o mayores a tres veces la altura de la ola, calculada para las condiciones de niveles mínimos.
En lugares protegidos de las olas, fuera de los límites de la franja de corrientes que provocan erosión de la margen.
Rejas de entrada.
Ab = Área bruta de la sección de toma.
V= Velocidad de entrada (0, 4 m/s si hay peces y 0,8 a 1,2 si no hay peces)
qm = Caudal máximo de la estación de bombeo.
K = Coeficiente que tiene en cuenta el estrechamiento de la malla o reja.
Para rejas.
Para mallas.
A = espacio entre las barras.
B = espesor de las barras.
El valor de 1,25 en la formula prevé cierto grado de tupición de los orificios.
