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Cavitación en bombas centrífugas

Una bomba centrífuga vive dentro de una ventana: suficiente presión de succión para que el líquido no hierva en el ojo del impulsor (NPSH disponible arriba del NPSH requerido) y un gasto cerca de su punto de mejor eficiencia. Seis bombas, cuatro lecturas — gasto, succión y NPSH, carga de descarga, y sonido — incluyendo los dos pares que se parecen y engañan a los técnicos: cavitación contra ingestión de aire, y descarga estrangulada contra impulsor gastado.

Por Francisco Padilla Interactiva Nivel técnico

Antes de empezar — resumen del trabajo

Una bomba centrífuga le mete energía a un líquido con un impulsor girando. Tiene una ventana segura de operación: suficiente presión en el ojo de succión para que el líquido no hierva ahí (el NPSH disponible debe quedarse arriba del NPSH requerido), y un gasto cerca de su punto de mejor eficiencia (BEP). Sáquela de esa ventana y cavita, ingiere aire, se sobrecalienta, o sencillamente deja de dar carga. Aquí no se adivina — se lee la bomba.

  • El NPSH disponible tiene que rebasar al NPSH requerido, o el líquido se evapora de golpe en el ojo del impulsor — eso es cavitación
  • Una bomba solo da su carga nominal cuando el impulsor está sano y gira en el sentido correcto
  • El gasto lo pone el sistema: estrangule la descarga y el gasto se cae mientras la presión sube hacia la de cierre
  • Lea cuatro cosas: gasto contra BEP, presión de succión y NPSHd, presión y carga de descarga, y el sonido

Una bomba vive dentro de una ventana, y cada falla es una forma de salirse

Una bomba centrífuga es engañosamente sencilla: un impulsor gira, avienta el líquido hacia afuera, y la voluta convierte esa velocidad en presión. Lo que la vuelve un rompecabezas de diagnóstico es que la misma queja — "hace ruido", "no da presión", "bajó el gasto" — puede venir de media docena de fallas distintas, y lo que arregla una es el movimiento equivocado para otra. La salida no es adivinar sino leer la máquina en cuatro puntos: el gasto contra su punto de mejor eficiencia, la presión de succión con el NPSH disponible, la presión de descarga y la carga que representa, y el sonido. Lea los cuatro y la bomba deja de ser un misterio — cada falla deja una huella distinta a lo largo de ellos.

NPSH: el número que decide si el líquido hierve

La idea más importante del bombeo centrífugo es la carga neta positiva de succión. Conforme el líquido acelera hacia el ojo de un impulsor que gira, su presión cae a un mínimo local. Si ese mínimo llega a la presión de vapor del líquido, el líquido se evapora de golpe ahí mismo — hierve, no por calor sino por falta de presión. El margen contra eso es el NPSH: la bomba necesita cierta cantidad (NPSH requerido, propiedad de su diseño, aquí unos 10 ft) y el sistema entrega cierta cantidad (NPSH disponible, que fijan la presión de succión, el nivel del líquido, la temperatura, y la fricción de la línea de succión). La regla es absoluta: el NPSHd tiene que quedarse arriba del NPSHr. Déjelo caer por debajo y se forman burbujas de vapor en el ojo, se barren hacia la voluta de mayor presión, y colapsan con violencia contra los álabes del impulsor. Ese colapso es la cavitación, y suena exactamente como si la bomba estuviera pasando grava.

Nota de campo — cavitación contra ingestión de aire, las dos que suenan igual

Las dos ponen ruidosa la bomba, y las dos vuelven erráticos el gasto y la presión, así que se confunden todo el tiempo — pero son fallas opuestas con remedios opuestos, y el manómetro de succión las separa. La cavitación es un vacío de succión profundo y estable con el NPSHd empujado por debajo del NPSHr; el líquido se está evaporando, el sonido es un crepitar duro de grava, y la cura es subir la presión de succión — limpiar el filtro, abrir la válvula de succión, subir el nivel. La ingestión de aire es lo contrario: la succión no está en vacío profundo para nada, anda cerca de la atmosférica y fluctúa, y el NPSHd está perfectamente sano; el ruido es un escupir y eructar de aire más suave, y la cura es evitar que entre aire — resellar la brida de succión, sumergir la toma, romper el vórtice. Agarre la lectura de succión y el NPSH antes de moverle a nada: un vacío estable con NPSHd bajo es cavitación; una succión fluctuante cerca de la atmosférica con buen NPSHd es aire.

Gasto bajo: ¿la bomba está estrangulada, o nada más gastada?

Dos fallas se presentan las dos como gasto bajo, y otra vez se separan con una sola lectura — esta vez la presión de descarga. Una descarga cerrada es una válvula de descarga estrangulada o cerrada: el camino del flujo está bloqueado, así que el gasto se desploma hacia cero mientras la presión de descarga sube hasta la carga de cierre de la bomba — presión alta, casi nada de gasto, y una carcasa que se calienta rápido porque no hay flujo que se lleve la energía del batido. Un impulsor gastado es lo contrario: la válvula está bien abierta y el flujo sigue moviéndose, pero la bomba ya no puede construir carga, así que la presión de descarga lee baja. Los claros abiertos de los anillos de desgaste dejan que el líquido recircule dentro de la carcasa en vez de salirse. La misma queja de gasto bajo; lea el manómetro de descarga y la falla se pone nombre sola: presión de cierre alta es descarga cerrada, carga baja con succión normal es impulsor gastado.

Giro invertido: el gasto y la carga, perdidos juntos

Un impulsor centrífugo girando al revés de todos modos avienta algo de líquido hacia afuera, así que una bomba invertida ceba, corre suave y suena completamente normal — que es justo por lo que esta engaña a la gente. La firma es que los dos, gasto y carga, se caen juntos, con una succión perfectamente buena y nada gastado: los 100 gpm nominales a 150 ft se vuelven 40 gpm a 80 ft. Casi siempre aparece justo después de un trabajo eléctrico — un recableado de motor, un cambio de tablero, un arrancador nuevo — porque dos puntas intercambiadas invierten un motor trifásico. Cada vez que el gasto y la carga estén los dos abajo después de que alguien anduvo en el cableado, revise el sentido de giro contra la flecha de la carcasa antes de abrir la bomba buscando desgaste.

La disciplina

Cuatro lecturas le ponen nombre a cada falla de aquí. El gasto le dice qué tan lejos anda la bomba de su punto de mejor eficiencia. La succión — la presión y, sobre todo, el NPSHd contra el NPSHr — separa una succión sana del vacío profundo de la cavitación o del jaloneo fluctuante cerca de la atmosférica de la ingestión de aire. La carga de descarga separa una descarga estrangulada (presión de cierre alta) de un impulsor gastado que no puede construir carga (presión baja) — y, junto con la succión, delata una bomba invertida que perdió las dos. Y el sonido lo confirma: grava es cavitación, escupir es aire, una carcasa caliente y silenciosa es descarga cerrada. Lea las cuatro contra sus valores conocidos, y la bomba le dice exactamente qué necesita.