Como sabemos el mantenimiento apropiado de las bombas hidráulicas asegurarán su máxima eficiencia y prevendrán daños, pero sabias que monitorear las condiciones de succión es especialmente crítico, Una condición de succión deficiente puede causar cavitación, La segunda causa más común de falla en bombas.

¿Qué es la cavitación y cómo podemos prevenirla?

Si bien es común que las personas piensen que la entrada de una bomba aspira aceite, en realidad, es la presión atmosférica la que hace el trabajo, en esencia, la presión de la atmosfera empuja el aceite fuera del depósito hacia la región de menor presión.

Una vez que el aceite es expulsado del depósito a través de la succión de la bomba, el volumen de líquido se mueve a una región de volumen decreciente para crear flujo. Para que este proceso comience debe de haber una presión mínima en la succión de la bomba hidráulica, como se muestra en el siguiente diagrama.

Como puede ver la succión de la bomba juega un papel importante en el correcto funcionamiento, desafortunadamente aquellos que diseñan y mantienen sistemas de bombas se centran en la selección y mantenimiento de las bombas con base a la descarga o sección de presión, pasando por alto el mantenimiento adecuado de la succión, esto puede provocar la degradación de la función de succión y problemas graves como la cavitación.

La cavitación ocurre cuando la presión absoluta en el lado de la succión es demasiado baja y el aire sale de la solución, creando burbujas en el aceite, a medida que estas burbujas son empujadas hacia el lado de salida de alta presión de la bomba estas colapsan, esto crea ondas de choque localizadas que expulsan trozos de material de la bomba, también puede provocar un calor excesivo y una lubricación reducida que provoca desgaste por fricción con el tiempo.

La cavitación puede causar fallas en la bomba y puede dañar otros componentes de su sistema, por lo que es crítico examinar la condición de succión de la bomba con regularidad.

Análisis de las condiciones de succión en estado estacionario y en caudal variable

PSI vs PSIA ¿Cuál es la diferencia? PSI, o libras sobre pulgada cuadrada es una medida de la presión, PSIA describe la presión absoluta en PSI, incluida la presión de la atmosfera, la presión absoluta también se conoce como presión total.

Mantenimiento de bombas hidráulicas de cauda fijo

Hay dos áreas que debe controlar para mantener la presión de succión mínima en las bombas en estado estacionario:

1.- La energía que se necesita para levantar el aceite a través de la línea de succión (Incluida la caída de presión debido al flujo). No referimos a esta acción como presión de fase 1, porque representa la cantidad de energía que se necesita para acelerar el fluido a través de las vías internas de las bombas y mantener la bomba llena.

2.- La presión absoluta mínima que debe tener la bomba para evitar daños. Esto se conoce como NPSH por sus siglas en inglés (Net Positive Suction Head)

Para que una bomba funcione, la presión atmosférica debe de ser mayor que la presión de la FAS 1 + NPSH, cada bomba tiene sus propias especificaciones con respecto a la presión de entrada mínima/Máxima aceptable, pero podemos usar el siguiente ejemplo para ilustrar como calcularla.

Para empezar, considere que está dando mantenimiento a una bomba de 18 GPM, el NPSH es igual a 12 PSIA con aceite hidráulico estándar y 1800 RPM, según especificaciones de fabricante.

Como puede ver en el diagrama, la tubería de succión es de 1.38” de diámetro por 18.1 pulgadas de longitud con 12.1 pulgadas de espacio libre en el tanque, usando fluido base petróleo.

Cada pie de elevación de aceite requiere aproximadamente 0.4 PSI, La velocidad del fluido es 3.8 pies por segundo, la caída por la tubería según tablas es de 0.05 PSI debido al flujo a través de la misma.

Las pérdidas totales de la línea de succión en estado estacionario es 0.4 PSI + 0.05 PSI ó 0.45 PSI, Restando de la presión atmosférica las perdidas 14.7 – 0.45= 14.25 PSI, por lo que el número final es 14.25. Debido a que este número final es mayor que el NPSH de 12 PSIA, puede estar seguro de que el sistema está funcionando bien.

Mantenimiento succión bombas en caudal variable

Si aplicamos los mismos números a una bomba de volumen variable, el resultado será menos aceptable. A continuación, explicamos porque:

Imagine que la bomba no tiene demanda y, por lo tanto, se mantiene fuera de carrera, lo que significa que no hay flujo. Cuando es requerido flujo la bomba se reactivará lo que requerirá una aceleración en la columna de aceite en la línea de succión.

Este cambio repentino en la demanda requiere que la presión de la bomba de acelere de estática a una presión que sea lo suficientemente fuerte como para mover el aceite y evitar cavitación.

Echamos un vistazo a nuestro modelo aplicando números.

Supongo que la bomba hace cambio en 70 milisegundo (ms). El volumen de liquido que tiene que acelerar es 1.5 pulgadas al cuadrado * 18.1”= 21.1 pulgadas cubicas.

Nota: Como toda la columna de aceite en la tubería tiene que acelerar, utilizamos una medida de 18.1” en lugar de 12.1”

Para calcular el peso del aceite en la línea de succión, multiplicaremos el volumen (27.1 pulgadas cubicas) por el peso especifico (0.0314 lbs/cu in), lo que equivale a 0.85 libras fuerza.

Fa = masa * aceleración

Aceleración =v/t = 3.8/0.07= 54.37 pies sobre segundo al cuadrado

Fa = (0.85/32.2)*54.3 = 1.4 lbs

Ft = 0.85 lbs + 1.4 lbs = 2.25 lbs

La fuerza disponible en la tuberia desde la atmosfera (Potencia de fluido) (Fp) = 14.7PSIA * 1.5 pulgadas cuadradas = 22.05 lbs

Fuerza neta= 22.05 lbs – 2.25 lbs = 19.8 lbs

NPSH= 19.8 lbs/1.5 pulgadas cuadradas = 31.2 PSIA

Estos cálculos revelan que el sistema esta correcto, debido a que la bomba requiere un minimo de 12PSI en la succión para operar, pero, si el sistema se instalara a 2300 pies sobre el nivel del mar (13.4 PSIA) la bomba cavitaria al activarse.

13.5 PSIA * 1.5 pulgadas al cuadrado = 20.1 lbs

20.1 lbs – 2.25 lbs = 17.85 lbs

17.85 libras/1.5 pulgadas cuadradas = 11.9 PSIA menor que los 12 PSIA requeridos.

El ejemplo de arriba no considera perdidas en la tubería, de cualquier forma, no es poco común encontrar codos y conexiones en los puertos de la bomba, lo que podría representar perdidas en la succión.

Otras consideraciones de diseño

Además de mantener buenas condiciones de entrada, cualquier pequeña fuga en la succión arrastrara aire, lo que también es malo para la bomba, pequeñas fugas harán que una bomba pierda cebado cada vez que se apague el sistema, lo que significa que comenzara a secarse y funcionar en seco hasta que se reestablezca el cebado.

Por esta razón, nunca es buena idea instalar bombas hidráulicas por encima del nivel del líquido, por el contrario, los diseños de los sistemas hidráulicos deben de garantizar que la entrada de la bomba se inunde, es decir, el nivel de aceite está por encima de la succión de la bomba.

Se puede usar una válvula de bola para aislar la bomba del depósito en caso de que necesite servicio, y se puede usar un interruptor de limite en la válvula de bola para evitar que el sistema funcione si la válvula de bola no está completamente abierta.
Este artículo fue una contribución de Tim Beck, gerente de diseño de sistemas y aplicaciones en la division Hydraulic Pump and Power Systems de Parker Hannifin.