CAVITACIÓN Y NPSH

NPSH es la caída interna de presión que sufre un fluido cuando este ingresa al interior de una bomba centrífuga. Cuando el fluido ingresa a una bomba centrífuga, lo hace siempre por el centro del rodete impulsor, lugar en donde toma contacto con las paletas de dicho rodete para ser luego impulsado hacia la periferia de la bomba. Pero, al hacer contacto con dicha paletas, el fluido sufre lo que se denomina «Efecto de la Proa de Fuhrmann». Este efecto, establece que el fluido, que ya ha pasado por las pérdidas de fricción y de accesorios del sistema de tuberías, aún continúa perdiendo presión esta vez dentro de la bomba centrífuga, al reacomodarse al contorno de la paleta, en cuya punta el fluido choca contra el extremo, se reacomoda rápidamente, aumenta su velocidad, y por ende disminuye su presión. Otro factor que determina esta caída de presión es el hecho de que el flujo ingresa al centro del rodete de forma axial, y se debe reorientar para seguir el contorno de las paletas.

NPSH1

La NPSH es un parámetro importante en el diseño de un circuito de bombeo: si la presión en el circuito es menor que la presión de vapor del líquido, éste entrará en algo parecido a la ebullición: se vaporiza, produciéndose el fenómeno de cavitación, que puede dificultar o impedir la circulación de líquido, y causar daños en los elementos del circuito.

En las instalaciones de bombeo se debe tener en cuenta la NPSH referida a la aspiración de la bomba, distinguiéndose dos tipos de NPSH:

NPSH requerida: es la NPSH mínima que se necesita para evitar la cavitación. Depende de las características de la bomba, por lo que es un dato que debe proporcionar el fabricante en sus curvas de operación.

NPSHrequerido = Hz + V2/2g

dónde

  • Hz es la Altura mínima necesaria a la entrada del rodete, en m.c.a. (metros de columna de agua).
  • V2/2g es la presión cinética correspondiente a la velocidad de entrada del líquido en la boca de aspiración, en m.c.a. (para Va en m/s).

NPSH disponible: depende de las características de la instalación y del líquido a bombear.

NPSH disponible =  Pa/Y – Ha – hf – Pv/Y

, siendo:

  • Y el peso específico del líquido (N/m3)
  • Pa, la presión en el nivel de aspiración, en Pa.
  • Ha, altura geométrica de aspiración, en mca.
  • Hf, pérdida de carga en la línea de aspiración, en mca.
  • Pv, presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, en Pa.

NPSH2

El peso específico del agua, varía en función de temperatura de la misma:

Temperatura ºC Peso específico N/m3
0 9805
5

9806

10 9803
20 9786
40 9737
60 9658
80 9557
100 9438

La presión en el nivel de aspiración varía en función de la altitud, sabiendo que por cada 10 metros sobre el nivel del mar, desciende la presión en 1 mmHg (1 Torr).

Sabiendo que la presión al nivel del mar es de 760 mmHg, y que 1 mmHg = 133.32 Pa, se obtiene fácilmente la presión en Pa.

La relación presión de vapor peso específico, varía en función de la temperatura, según la siguiente tabla:

NPSH3

Las pérdidas de carga localizadas, la obtenemos de la siguiente fórmula:

hs= K* v2/2g

, siendo K un factor empírico que depende del tipo de la singularidad del elemento en la tubería,

En la práctica, se suelen adoptar los siguientes valores de K:

  • Válvula esférica (totalmente abierta)          10
  • Válvula en ángulo recto (totalmente abierta) 5
  • Válvula de seguridad (totalmente abierta)     5
  • Válvula de retención (totalmente abierta)      2
  • Válvula de compuerta (totalmente abierta)    2
  • Válvula de compuerta (abierta ¾)               15
  • Válvula de compuerta (abierta ½)                 6
  • Válvula de compuerta (abierta ¼)                 0
  • Válvula de mariposa (totalmente abierta) –
  • “T” por la salida lateral                               80
  • Codo a 90º de radio corto (con bridas)         90
  • Codo a 90º de radio normal (con bridas)      75
  • Codo a 90º de radio grande (con bridas)      60
  • Codo a 45º de radio corto (con bridas)         45
  • Codo a 45º de radio normal (con bridas)      40
  • Codo a 45º de radio grande (con bridas)      35

La cavitación se evitará cuando el NPSH disponible sea mayor que el NPSH requerido

ACTUACIONES PREVIAS EN LA REDACCIÓN DE UN PROYECTO DE CARRETERAS

En esta fase inicial, se realizará un estudio previo que permita su posterior desarrollo a nivel de Proyecto.

Análisis de la información existente

Se realizará una planificación de los trabajos a realizar por el Director del proyecto, que será puesto en conocimiento del resto de los equipos responsables que intervienen en la redacción del proyecto, con este análisis se determinará la incidencia en las soluciones a adoptar en el proyecto.

 Planeamiento

Se realizarán contactos con los ayuntamientos afectados para obtener información sobre los diferentes instrumentos urbanísticos.

Tráfico

Se realizará una revisión de los estudios de aforos de tráfico existentes de los organismos propietarios de la vía.

En el supuesto de que el estudio de tráfico, no se considerase adecuado, bien por antigüedad o por falta de detalle, se realizará un nuevo estudio de tráfico con el fin de proceder al análisis de las conexiones con la red viaria existente. Este estudio se limitará a en función de los datos disponibles de aforos realizados, a estimar el tráfico existente en la actualidad y su prognosis durante la vida útil de la carretera proyectada.

 Organismos afectados

Se establecerán contactos con todos los organismos afectados, tanto públicos como privados, con el fin de obtener información de la zona de estudio de los servicios detectados.

 Cartografía

La obtención de la cartografía actualizada, es la base fundamental en la que se apoya el desarrollo de todo el proyecto.

La cartografía se realizará de acuerdo con los criterios definidos en las «Prescripciones Técnicas para la obtención de cartografía a emplear en proyectos de la Dirección General de Carreteras» editada el 12 de Marzo de 1991.

 Estudio geológico

El objetivo es definir las características geológicas (litología, geomorfología, hidrogeología y tectónica) de los materiales presentes a lo largo del trazado. Igualmente, dentro del estudio geológico, será necesario conocer el tipo y disponibilidad de los materiales presentes de la zona, con el fin de utilizarlos en la obra, para ello se deberá realizar un inventario actualizado de canteras y yacimientos, analizando sus características geotécnicas más importantes.

 Climatología e hidrología

Climatología

Se obtendrán diferentes datos climatológicos para determinar los coeficientes medios anuales del número de días laborables para las diferentes unidades de Obra y los índices climáticos utilizables en el diseño de plantaciones.

Hidrología

La finalidad de este estudio  es, a partir de los datos de precipitaciones máximas diarias, la obtención de los caudales que servirán para la comprobación de las obras de drenaje transversal existentes, así como del dimensionamiento de aquellas que haya que sustituir por su mal estado o por una modificación del trazado.

 Trazado previo

Se estudiarán y valorarán distintas alternativas parciales o totales, en función de un análisis de condicionantes geotécnicos y económicos.

Se adaptarán los elementos de trazado en planta y en alzado adecuando los parámetros geométricos a la velocidad de proyecto.