La cavitación en redes de tuberías

En un artículo anterior ya definimos en qué consiste el fenómeno de cavitación (enlace disponible al final). En general, en un parque acuático las conducciones hidráulicas más frecuentes son las redes de filtración de piscinas y las líneas de alimentación de atracciones acuáticas como toboganes, surtidores, etc. Ambos casos corresponden a conducciones presurizadas que presentan sistemas de bombeo. Pues bien, en este tipo de infraestructuras, las zonas más susceptibles de cavitación son los puntos altos en la traza de la conducción, los estrechamientos o estrangulamientos bruscos de la conducción o los ramales de succión de un bombeo.

-En los puntos altos de una conducción, cuando la traza queda por encima de la línea piezométrica de la conducción, se alcanzan presiones relativas negativas. Es necesario evaluar la presión en la conducción en estos puntos, puesto que podría alcanzarse la presión de vapor y, por tanto, desencadenarse la cavitación.

Figura 1.

En la Figura 1, se representan dos casos en los que se comunican dos depósitos con una conducción que presenta un punto alto. En el primero de ellos, la línea piezométrica (línea verde) no interseca la traza de la tubería, por lo que el punto alto (PA-1) no es susceptible de sufrir cavitación. Sin embargo, en el punto alto del segundo caso (PA-2), la línea piezométrica de la conducción interseca la traza de la tubería, por lo que en esta zona (zona coloreada en rojo) se producen presiones relativas negativas que podrían alcanzar la presión de vapor y, por tanto, desencadenar la cavitación.

Habitualmente, en estos puntos altos, suelen instalarse válvulas ventosa, que permiten la purga de vapor de agua y aire en caso de que se formen burbujas. De esa forma, dichas burbujas no eclosionan en el interior de la tubería y se evitan los daños.

-En el caso de los estrechamientos o estrangulamientos bruscos de la conducción, en ellos la velocidad del agua aumentará considerablemente, lo que se traducirá en la caída de presión consecuente. Si esta caída es suficientemente acusada, se alcanzará la presión de vapor y por tanto se producirá la cavitación. Generalmente, este fenómeno se da en las reducciones muy bruscas de sección o al estrangular considerablemente con el cierre parcial de válvulas de corte, el área de paso.

Figura 2.

La Figura 2 representa una sección de tubería en la que el cierre parcial de una válvula mariposa estrangula el área libre de paso. En verde se representa la línea de carga de la conducción y en naranja la línea piezométrica. En esta última se aprecia la caída puntual de presión en la zona de estrangulamiento, debido al aumento de velocidad del fluido.

-Veamos el tercer caso, el de los ramales de succión de un bombeo: en una conducción bombeada la zona de menor presión se encuentra precisamente en el ramal de aspiración, concretamente en la sección de la brida de aspiración de la bomba, que es donde podría desencadenarse la cavitación. La cavitación en bombas se evalúa a partir del parámetro denominado NPSH (siglas en inglés para Altura de Aspiración Positiva Neta), que corresponde a la presión neta positiva que hay en la brida de aspiración de la bomba.

El parámetro NPSH disponible en la conducción (o NPSHd), corresponde a la reserva total de presión por encima de la presión de vapor del fluido, y se calcula de la siguiente manera:

-Si la bomba se encuentra en carga:

\[ NPSH_d = 10 ^ 5 · {\textstyle P_{atm} – P_v\over γ} + H – ΔH_5 \] -Si la bomba trabaja en aspiración:

\[ NPSH_d = 10 ^ 5 · {\textstyle P_{atm} – P_v\over γ} – H – ΔH_5 \] Donde:

NPSHd: Presión positiva neta en la brida de aspiración disponible en la conducción (en metros).

Patm: Presión atmosférica (en Bares).

Pv: Presión de vapor (en Bares).

H: Energía potencial gravitatoria en el depósito de aspiración (en metros).

∆H: Pérdidas de carga en la conducción de aspiración (en metros).

γ: Peso específico del agua (Newton/m³).

Figura 3.