El agua no siempre permanece en estado líquido en todas las condiciones de presión. A una temperatura determinada, el agua puede comenzar a vaporizarse cuando su presión absoluta cae por debajo de su presión de vapor.
Dentro de una bomba contra incendios centrífuga, la presión puede llegar a ser particularmente baja cerca del ojo del impulsor, donde el agua ingresa al impulsor giratorio. Si la presión es insuficiente, se pueden formar pequeñas burbujas de vapor. A medida que el agua pasa a través del impulsor hacia regiones de mayor presión, las burbujas colapsan.
Este es el mecanismo básico de la cavitación.
La relación entre el suministro de agua y los requisitos de la bomba 's se evalúa comúnmente utilizando NPSH. NFPA 20 define NPSH en relación con la presión absoluta en la succión de la bomba y la presión de vapor del líquido. La condición de succión disponible debe proporcionar NPSH adecuado para la bomba 's requisitos operativos.
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Varias condiciones pueden reducir el NPSH disponible para una bomba contra incendios:
Bajo nivel de agua en el tanque de succión
Pérdidas excesivas por fricción en tuberías de succión
Tubería de succión de tamaño insuficiente
Velocidad excesiva del flujo en la línea de succión
Componentes de succión bloqueados o restringidos
Número excesivo de accesorios o cambios bruscos de dirección
Alta temperatura del agua
Insuficiente inmersión de la bomba
Elevación excesiva sobre la fuente de agua
Mala configuración de las tuberías de succión
Formación de vórtices en la toma de agua
Operar la bomba más allá de las condiciones hidráulicas previstas
Debido a que estos factores a menudo están relacionados con el diseño y la instalación del sistema más que con la bomba en sí, prevenir la cavitación requiere la cooperación entre el fabricante de la bomba contra incendios, el diseñador del sistema, el contratista y el equipo de puesta en servicio.
NPSH significa cabeza de succión neta positiva. Dos conceptos son especialmente importantes: NPSH disponible y NPSH requerido.
NPSH disponible (NPSHa)representa las condiciones de succión proporcionadas por la instalación. Depende de factores como el nivel del agua, la presión atmosférica, la temperatura del agua, las pérdidas en las tuberías de succión y la presión en la entrada de la bomba.
Se requiere NPSH (NPSHr)representa la condición mínima de succión requerida por la bomba en un punto de operación particular. Está relacionado con el diseño, la velocidad y el caudal de la bomba y normalmente lo proporciona el fabricante de la bomba a través de datos de rendimiento.
El principio básico es sencillo: el NPSH disponible debe ser suficiente para la bomba 's requerido NPSH bajo las condiciones operativas aplicables. Los materiales NFPA 20 explican que un suministro inadecuado de NPSH puede permitir que el agua se vaporice en la entrada de la bomba, produciendo burbujas que colapsan dentro de la bomba y causan ruido, vibración y daños potenciales.
Por esta razón, se debe considerar la NPSH durante la selección de la bomba contra incendios y el diseño del sistema en lugar de investigarla solo después de que una bomba desarrolle un problema.
La cavitación puede afectar a una bomba contra incendios de varias maneras.
La formación de burbujas de vapor interfiere con el suave movimiento del agua a través del impulsor. A medida que la cavitación se vuelve más severa, es posible que la bomba no logre el flujo y la presión esperados.
Para un sistema de protección contra incendios, esta es una preocupación seria porque el propósito de la bomba #39 es proporcionar el suministro de agua requerido por el sistema de protección contra incendios.
Uno de los síntomas más reconocibles de la cavitación es el ruido anormal. Una bomba cavitante puede producir un sonido a veces en comparación con la grava o las piedras pequeñas que se mueven a través de la bomba.
La vibración también puede aumentar porque la rápida formación y colapso de las burbujas de vapor crea fuerzas hidráulicas inestables.
Sin embargo, el ruido o la vibración por sí solos no prueban que se esté produciendo cavitación. Otros problemas mecánicos o hidráulicos pueden producir síntomas similares, por lo que es necesaria una solución adecuada.
El colapso repetido de burbujas cerca del impulsor puede crear impactos de presión localizados en las superficies metálicas. La cavitación prolongada puede provocar erosión de la superficie, picaduras y deterioro de los componentes hidráulicos.
La gravedad del daño depende de las condiciones de funcionamiento, la duración, el diseño de la bomba, los materiales y la intensidad de la cavitación.
Una bomba contra incendios es parte de un sistema de seguridad humana. El funcionamiento continuo en condiciones de succión deficientes puede reducir la confiabilidad del equipo y potencialmente aumentar los requisitos de mantenimiento.
Por esta razón, evitar la cavitación debe tratarse como parte de la estrategia general de confiabilidad del sistema de bomba contra incendios.
Los profesionales de la protección contra incendios pueden encontrar varias señales de advertencia al investigar una posible cavitación:
Ruido inusual de la bomba
Mayor vibración
Reducción inesperada del flujo
No alcanzar la presión de descarga esperada
Presión fluctuante o rendimiento inestable de la bomba
Daños o picaduras en el impulsor
Cambios en el rendimiento de la bomba a caudales más altos
Presión de succión anormalmente baja
Deterioro del rendimiento cuando el nivel del agua baja
Un punto particularmente importante es que la cavitación puede volverse más notoria a medida que aumenta el flujo. Debido a que los requisitos de NPSH de la bomba pueden variar con el punto de operación, las condiciones de succión deben evaluarse en las condiciones de operación relevantes en lugar de solo en un punto de prueba conveniente.
La prevención de la cavitación comienza con un diseño hidráulico correcto.
La bomba debe seleccionarse de acuerdo con el flujo, la presión, la velocidad, la fuente de agua y las condiciones del sistema requeridas.
Los datos de rendimiento de un fabricante de bombas 's deben revisarse cuidadosamente, incluida la información disponible sobre los requisitos de NPSH.
Seleccionar una bomba únicamente según el flujo y la presión nominales sin considerar las condiciones de succión puede crear problemas más adelante.
La fuente de agua debe proporcionar condiciones de succión suficientes en todo el rango operativo esperado.
Para los tanques, esto significa considerar el nivel de agua operativo más bajo en lugar de asumir que el tanque siempre estará lleno.
Para las bombas contra incendios de turbinas verticales, el nivel del agua y la inmersión de las bombas son especialmente importantes. NFPA 20 incluye disposiciones específicas que abordan la inmersión y la prevención de la cavitación excesiva en instalaciones de bombas de turbinas verticales.
Las tuberías de succión deben diseñarse para minimizar las pérdidas innecesarias por fricción y la velocidad excesiva.
Una tubería demasiado pequeña puede aumentar la pérdida de presión entre la fuente de agua y la bomba. Cada pérdida de presión adicional reduce las condiciones de succión disponibles para la bomba.
NFPA 20 también aborda las dimensiones y restricciones de las tuberías de succión porque las condiciones de succión afectan directamente el rendimiento de la bomba contra incendios.
Las válvulas, accesorios, filtros, reductores, codos y otros componentes pueden generar pérdidas de presión.
Se debe prestar especial atención al lado de succión de la bomba. Cualquier restricción que reduzca significativamente la presión en la entrada de la bomba puede contribuir a una NPSH inadecuada.
NFPA 20 incluye requisitos que rigen los dispositivos permitidos en las tuberías de succión de bombas contra incendios y enfatiza disposiciones que no restringen el funcionamiento de la bomba.
La geometría de las tuberías de succión importa.
Los cambios bruscos de dirección, los reductores mal dispuestos, las longitudes de tubería rectas inadecuadas y los patrones de flujo desfavorables pueden crear turbulencias y un flujo desigual que ingresa a la bomba.
El objetivo es proporcionar a la bomba un flujo estable y suficientemente presurizado que entre en la entrada de succión.
Un nivel bajo de agua puede reducir el cabezal de succión disponible para la bomba. En tanques abiertos y aplicaciones de pozo húmedo, una inmersión inadecuada también puede contribuir a la formación de vórtices.
Un vórtice puede introducir aire en el flujo de succión y afectar negativamente el funcionamiento de la bomba.
Para bombas contra incendios de turbina vertical de gran capacidad, NFPA 20 reconoce específicamente la relación entre inmersión, prevención de vórtices, NPSH y cavitación.
La temperatura del agua afecta la presión de vapor. A medida que aumenta la temperatura del agua, también aumenta su presión de vapor, lo que puede reducir el margen entre la presión en la entrada de la bomba y la presión de vapor del agua.
Por lo tanto, se deben considerar temperaturas inusuales del agua al evaluar las condiciones de succión.
Una bomba contra incendios no sólo debe evaluarse basándose en cálculos teóricos. Las pruebas pueden ayudar a identificar las condiciones reales de succión y descarga.
Durante la puesta en servicio y las pruebas periódicas, las mediciones relevantes de presión y flujo pueden proporcionar información útil sobre si la bomba está funcionando en las condiciones esperadas.
Si se observan ruidos inusuales, vibraciones, fluctuaciones de la presión de succión o rendimiento inesperado, se debe investigar el sistema de succión en lugar de asumir que la bomba en sí está defectuosa.
La presión de succión es uno de los parámetros más útiles a la hora de solucionar un problema de cavitación sospechoso.
Sin embargo, la presión de succión que se muestra en un manómetro no es automáticamente equivalente a la NPSH disponible. Los cálculos de NPSH implican presión absoluta, elevación, presión de vapor líquido y otros factores.
Esta distinción es importante porque una lectura del medidor de succión por sí sola puede no proporcionar suficiente información para determinar si una bomba tiene suficiente NPSH.
NFPA 20 incluye requisitos para la medición de la presión de succión y reconoce condiciones en las que puede ser necesario un manómetro de presión/vacío compuesto.
Para una investigación completa, los ingenieros deben evaluar la presión de succión real, el nivel del agua, la temperatura, el caudal, las pérdidas de tuberías, la elevación y el fabricante de la bomba 's datos NPSH.
No necesariamente.
La cavitación puede resultar de la interacción entre el diseño de la bomba y las condiciones de instalación. Incluso una bomba contra incendios fabricada adecuadamente puede experimentar cavitación si se instala en condiciones de succión inadecuadas.
Por esta razón, la responsabilidad de la prevención de la cavitación se comparte a lo largo del ciclo de vida del proyecto.
El fabricante de la bomba debe proporcionar datos precisos sobre el rendimiento hidráulico y los requisitos de aplicación. El diseñador del sistema debe evaluar las condiciones de suministro y succión de agua. El contratista debe instalar correctamente la tubería de succión y el equipo. Durante la puesta en servicio, el sistema debe probarse en condiciones operativas adecuadas.
Esto es particularmente importante para proyectos que involucran bombas contra incendios de alta capacidad, tuberías de succión largas, instalaciones elevadas, suministros de agua de bajo nivel y bombas de turbina verticales.
Un fabricante profesional de bombas contra incendios debe considerar la prevención de la cavitación durante el diseño de la bomba, el análisis hidráulico, las pruebas y el soporte de aplicaciones.
El diseño hidráulico de la bomba determina cómo el agua ingresa al impulsor y se mueve a través de la bomba. Las pruebas de rendimiento ayudan a verificar la relación entre el flujo, la presión, la velocidad y otros parámetros operativos.
Para aplicaciones específicas de proyectos, los fabricantes también pueden proporcionar la información necesaria para la evaluación del sistema de succión, incluidas las curvas de rendimiento de la bomba y los datos NPSH aplicables.
Para proyectos de protección contra incendios, esta información técnica ayuda a los ingenieros a tomar mejores decisiones al diseñar el suministro de agua y la disposición de succión.
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La cavitación de la bomba contra incendios ocurre cuando la presión del agua que ingresa a una bomba se vuelve insuficiente, lo que permite que se formen burbujas de vapor y posteriormente colapsen dentro de la bomba. La condición puede causar ruido, vibración, rendimiento hidráulico reducido y daños a los componentes a largo plazo.
El concepto más importante para prevenir la cavitación es el adecuado NPSH. El NPSH disponible está determinado por la instalación y el suministro de agua, mientras que el NPSH requerido está relacionado con la bomba y sus condiciones de funcionamiento.
Por lo tanto, una prevención eficaz requiere algo más que simplemente seleccionar una bomba con el caudal y la presión correctos. Es necesario considerar el tamaño de la tubería de succión, el nivel del agua, la elevación de la bomba, la temperatura del agua, los accesorios, las restricciones, la inmersión y las condiciones operativas reales.
Para los sistemas de protección contra incendios, las condiciones de succión confiables son esenciales para garantizar que la bomba contra incendios pueda brindar el rendimiento requerido cuando sea necesario. Trabajar con un fabricante experimentado de bombas contra incendios durante la selección, el diseño, la instalación y las pruebas de la bomba puede ayudar a identificar posibles riesgos de cavitación antes de que se conviertan en problemas del equipo o del sistema de protección contra incendios.
