CAVITACIÓN - ARTICULO TÉCNICO DE "VA EL AGUA"

[CREADOR DE LA RED]

CAVITACIÓN

ARTICULO PERTENECIENTE A "VA EL AGUA"

El fenómeno de cavitación en bombas montadas en camiones de bomberos es a menudo un problema al que se le resta importancia, otras veces ignorado y otras tantas conocido, pero no entendido del todo.

Nos referiremos en esta nota a que es, como se provoca, cuales son los daños producidos y por supuesto, como evitarlo.

La palabra cavitación, etimológicamente esta formada por raíces latinas, sus componentes léxicos son cavus ( hueco, oquedad, depresión ), tas ( sufijo que indica cualidad ) y el sufijo cion  ( acción o efecto ), por lo que su significado podría ser definido como la “acción y efecto por la que se forman cavidades”.

Ahora bien, ¿cómo se forman estas “cavidades” mientras bombeamos ?, ¿que son en realidad? ¿qué daños provocan?

Como sabemos la zona de la entrada a bomba es una zona de baja presión, la cual decrece más entre la brida y el ojo del impulsor ya que hay una reducción del área de paso del agua, considerando la ecuación de continuidad implica un incremento de velocidad ( ver referencia A), este incremento en la velocidad implica a su vez una disminución en la presión, de acuerdo al teorema de Bernoulli ( ver referencia B), a esta perdida debemos sumar la del fluido al tomar contacto con el ojo del impulsor debido al choque y la turbulencia. Cuando la presión del fluido cae a un nivel inferior al de la presión de vapor del fluido a la temperatura de bombeo se producen estas “cavidades” (burbujas) de vapor en el líquido, hasta aquí, si bien se ha iniciado el proceso, nuestra bomba no ha sufrido daño alguno aún.

Tomando como referencia una temperatura del agua de 15ºC encontramos para la misma una presión de vapor (P.V.) de 12,8 mmHg, es decir 0,17 Bar sobre el cero absoluto, esto significaría una lectura en nuestro manovacuómetro de 0,83 bar en negativo, como sabemos un líquido no tiene que ser calentado a su punto de ebullición antes de que pueda convertirse en gas, basta entonces descender la presión para que comiencen a formarse burbujas de gas en el mismo .

Debemos destacar aquí que este efecto se verá notablemente incrementado si en nuestros conductos de entrada a bomba se introduce aire dentro del fluido, por el motivo que fuere, en el arrastre de aire las burbujas podrían ser parte inherente del liquido acrecentando el problema de formación de cavidades dentro del mismo.

Las burbujas formadas en el proceso descripto siguen su trayectoria, que no es otra que la del flujo, es así que al ingresar al alabe del impulsor la presión se incrementa por encima de la presión de vapor del liquido, provocando la ruptura de las mismas en un proceso de “implosión” un colapso tan rápido como violento.

Algunos autores (Igor Karassik, Pump Handbook, 3º edición, 2001) refieren el tiempo total desde la formación de la burbuja por cavitación hasta su ruptura en el orden de los 3 milisegundos, ahora bien , ¿Cómo es esta ruptura que es en definitiva lo que provoca el daño en nuestros equipos ?

 

Existen dos posibilidades de ruptura de la burbuja según donde la misma se sitúe, si esta adherida a los alabes o pared del impulsor o bien “ suelta” dentro del liquido y sin contacto con los mismos.

Cuando la burbuja es adyacente al alabe o pared del impulsor a medida que avanza en la dirección del flujo y por lo tanto va incrementándose la presión la misma va perdiendo su forma esférica comprimiéndose desde el lado libre de la burbuja ya que allí la presión es mayor en el sector donde la misma hace contacto con el impulsor, por lo que el liquido tiende a traspasar la burbuja en sentido perpendicular a la superficie donde se encuentra adherida.

Al producirse la ruptura de la burbuja debido a la presión del liquido, ocurre un fenómeno llamado “microjet” que es un chorro que atraviesa la burbuja impactando la superficie del impulsor a muy alta velocidad, reduciendo su velocidad a cero al chocar contra el mismo, lo que se traduce en un aumento de la presión la que puede alcanzar valores de 10.000 kg/cm2 o mas, dependiendo el autor que consultemos (Igor Karassik, Pump Handbook, 3º edicion, 2001 - Hidráulica de sistemas de Bombeo, Ramon Arévalo de la Parra, 2018), recordemos que el tiempo de todo el proceso que hemos descripto hasta este punto es de 0,003 seg. es decir que el tiempo de aplicación de esta fuerza en inferior a este, en tanto el área de aplicación es minúscula.

Teniendo en cuenta esto nos seria muy difícil identificar el daño, picadura o pitting provocado por una sola burbuja, pero una gran cantidad de estas burbujas implosionando a través de un tiempo mas o menos prolongado pueden provocar daños importantes a los impulsores de nuestras bombas .

En tanto, cuando la burbuja no se encuentra adherida al impulsor la presión ejercida por el fluido sobre esta es uniforme en todas  las direcciones, a medida que la burbuja avanza la mayor presión va comprimiendo la misma, reduciendo su volumen manteniendo su forma esférica hacia su propio centro hasta su implosión, debido a esto, no se produce el chorro de microjet, por lo que este tipo de burbujas no son las responsables del pitting característico.

No obstante ocupan volumen dentro del flujo, reduciendo el mismo y generando ondas de choque que provocan  ruidos y vibraciones que repercuten en las partes componentes de las bombas ( ver nuestra nota técnica “Rodamientos en bombas” ) hay además perdida de energía al acelerar el fluido para llenar los espacios cuando las burbujas colapsan, con la consiguiente perdida de eficiencia.

Análisis de vibración en bomba centrifuga con cavitación medida sobre voluta, esta energía es transmitida hasta los rodamientos de la bomba, esta amplitud nociva, produce tensiones, cargas y esfuerzos que perjudican el normal funcionamiento, desgate y rotura de los elementos rodantes. Por eso destacamos que la cavitación en las bombas, no solo afecta al impulsor propiamente dicho, sino también a rodamientos y sellos, debido a movimientos vibracionales y desplazamientos anormales.

Como identifico si mi bomba esta cavitando?

Ya conocemos como se produce el fenómeno de la cavitación en el interior de nuestra bomba, ahora nos referiremos a cuales son los signos que nos permiten identificar el mismo cuando operamos nuestros equipos.

 

En la mayoría de los casos la cavitación en operaciones de bomberos se da, por la inconsistencia entre el ingreso de agua y el desalojo que pretende el funcionamiento de la bomba misma; vale decir; si aceleramos la bomba como para desalojar 1000 gpm/4000 lpm, pero la alimentación que recibe es de solo 500 gpm/2000 lpm, habrá una diferencia entre oferta y demanda que no se compensa por lo que la presión en la entrada de la bomba decae más allá de la presión de vapor del agua.

 

Los signos de que nuestra bomba ha entrado en cavitación son los siguientes:

• Aceleración de la bomba (rpm del motor) sin lograr levantar mayor presión
• Manómetro de presión de salida con movimientos erráticos e imprecisos
• Manovacuometro de entrada con una caída de presión a valores negativos muy marcados
• Ruidos en el interior de la bomba (sensación de arena pasando)
• Vibraciones del equipo perceptibles como balanceos del vehíc*** en casos graves
• En caso de ser bombeo en serie, manguera de abastecimiento colapsada en entrada de bomba

 

El modo en que hemos realizado la disposición de los tubos/ manguerotes de succión al abastecernos de una fuente externa, como así también la manera en que están conectadas y el diámetro de la cañerías de tanque a bomba condicionaban seriamente la capacidad de nuestra bomba si no tenemos en cuenta detalles que marcaran diferencia a la hora de desalojar agua .

Los diámetros de las cañeras permiten el paso de cierto caudal, al intentar forzar mayor cantidad de agua por un mismo diámetro favoreceremos la baja de presión y la formación de burbujas. Las curvas y sobre todo los quiebres y codos muy agudos generan turbulencia y añaden restricción al flujo , favoreciendo la cavitación.

Los largos tendidos de tubos de succión suman perdida al sistema y disminuyen la Máxima Presión Utilizable ( ver Manual de Hidráulica y Abastecimiento Va el Agua pág.. 33 a 39). quitando rendimiento y aumentando la posibilidad de cavitación, sugerimos también prestar especial atención a la manera en que colocamos los mismos al succionar desde piscinas o tanques evitando los “ cuellos de cisne “, lugares en los que hay posibilidad que quede aire retenido en el sistema de tubería.

Detectado el problema durante una operación,  para salir de esta condición debemos disminuir el consumo ya sea desacelerando la bomba o cerrando suavemente las descargas, o mejorar el ingreso de agua hacia la bomba.

 

Daños

Los daños provocados en el impulsor por la cavitación son muchas veces irreparables, resultando necesario el reemplazo del mismo.

Dentro de los daños provocados también podemos citar :

 

Daños en las superficies interiores de la caja de la bomba.

Daños en los componentes de la bomba centrífuga por interrupción del flujo.

Aceleración en el desgaste del cojinete.

Deterioro del rendimiento hidráulico (caída en la capacidad de la cabeza y las curvas de eficiencia).

Daños en el sistema del sellado de la bomba.

Daños por picaduras, erosión, vibración en la estructura de la bomba centrífuga y ruido consecuente.

Es nuestro deber como verdaderos operadores de bomba preservar el buen funcionamiento de los equipos que nos han confiado , evitar la cavitación es parte de esto.

Conocer sobre el corazón del bombero, nuestras bombas, nos permitirá realizar maniobras mas seguras cuidando a la vez la salud de nuestros equipos, brindando así seguridad en las operaciones y alargando la vida útil de los mismos.

Esperamos esta nota técnica les sea de utilidad en sus labores diarias como maquinistas, y así puedan cuidar al máximo sus bombas y decir …. Va el Agua !!

 

Artíc*** escrito por: Yuri Cursach C., Alejandro Diedrichs B., Cristian Guzmán C., Justin Lange Ch., Jaime López S., Francisco Ortiz S. y Paulo Pautasso 

Instructores de “Va el Agua ”

 

 

Argentina / Chile, 07 de Julio del año 2021.

 

Bibliografía :

Manual básico de hidráulica y abastecimiento de grandes caudales, 2019 , Va el Agua

Inspection for industry. com

Pump fundamentals .com

Igor Karassik, Pump Handbook, 3º edicion, 2001

Hidráulica de sistemas de Bombeo, Ramon Arévalo de la Parra

Wikipedia

Va el agua

Corría el año 2012 cuando Yuri Cursach Cabello, oriundo de Santiago y Cristian Guzmán Caro, de la hermosa Valdivia, se conocen por proyectos de capacitación sobre la hidráulica y el abastecimiento en el Cuerpo de Bomberos de Santiago lo que rápidamente dio pie a una pareja de trabajo que buscaba tan solo una cosa –“rescatar la olvidada especialidad y el trabajo de Compañía de agua”- aludiendo al auge cada vez más veloz del rescate, los materiales peligrosos, las estructuras colapsadas, etc. Seminarios, talleres y ejercicios realizados individualmente y en conjunto moldean la idea que acuñan y ya en 2014 la figura de Francisco Ortiz Stuardo, desde Niebla-Valdivia, aparece en escena pasando a integrar una bella amistad de bomberos y educación.

En Noviembre del año 2016 se requieren los servicios de capacitación a estas 3 personas para una convención de Compañías de bomberos alemanas en Chile siendo responsables del módulo técnico del abastecimiento en la ciudad de La Unión. A posterior de esta instancia es que, en la ciudad de Valdivia, deciden fundar el 21 de ese mes la agrupación “Va El Agua LLC” como baluarte sudamericano del abastecimiento y la hidráulica aplicada al mundo bomberil. Desde entonces comienza un trabajo de equipo donde se aunaron conocimientos y prácticas en un formato ameno para los bomberos de Chile; no pasó mucho tiempo para que la demanda de estos servicios hicieran notar la falta de más manos y conocimientos.

El 15 de Mayo de 2017 se une a la cruzada Jaime López Sepúlveda desde la ciudad de Temuco.

El 28 de Marzo de 2019 se integra Alejandro Diedrichs, bombero desde el año 2006, perteneciendo en la actualidad ala 1° Compañía e Puerto Montt.

El pasado 02 de Abril de 2020, abrimos nuestras fronteras y nuestra forma de proceder de aquí en adelante con nuestras capacitaciones. Siguiendo esta nueva filosofía y norte incorporamos al Bombero argentino Paulo Pautasso.

Este equipo de 6 instructores de “Va El Agua” trabajan constante y silenciosamente para mejorar el servicio de los bomberos de Chile y alrededores. Cada miembro posee conocimientos y experiencias que les permite compartir lo necesario para el desarrollo de esta hermosa idea.