La cavitación industrial es un término usado en las áreas de mantenimiento y producción de empresas que transportan líquidos como parte de su proceso productivo.
En ese proceso de traslado y/o transformación de líquidos se utiliza una gran cantidad de equipos, entre los que se encuentran las bombas. Muchos profesionales saben que los daños producidos por cavitación perjudican el desempeño de los activos, a pesar de no poder precisar sus causas.
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El fenómeno de la cavitación ocasiona que se formen burbujas de vapor dentro de un fluido en circulación en zonas de baja presión. Este fenómeno físico se produce en ambientes en los que el líquido es sometido a altas velocidades por un impulsor. Tal es el caso de las bombas centrífugas, válvulas, propulsores marinos y turbinas hidráulicas.
Este fenómeno se da en fluidos de cualquier viscosidad, al ser transportados por un sistema de bombeo. Cuando cada una de esas diminutas burbujas colapsa, se crea en el fluido una onda de choque de alta energía.
Daño por cavitación
El daño por cavitación origina diversos problemas como erosión de los álabes, ruidos y vibración. Con esto, todo el patrón de flujo se afecta, reduciendo la eficiencia del sistema.
Las cavidades se forman cuando el líquido alcanza la presión de vapor del líquido. Al reducirse el flujo y la presión, estas cavidades se expanden, y generan riesgo de colapso cuando llegan a regiones con alta presión.
El súbito crecimiento y el colapso de estas cavidades de vapor provocan presiones extremas que dañan las superficies metálicas expuestas a este fenómeno.
Tipos principales de cavitación
Ya sabemos en qué consiste la cavitación, pero es importante conocer las diversas causas por las que se origina. Por ejemplo:
Vaporización: Considerada la forma más común, es también conocida como cavitación clásica o cavitación inadecuada de NPSH (Net Positive Suction Head, en inglés).
Turbulencia: Sucede cuando las partes del sistema (tuberías, válvulas, filtros, codos, entre otros) no son adecuadas para la cantidad o el tipo de fluido que llega al interior de la bomba.
Síndrome de paso por la paleta: Este tipo de cavitación ocurre cuando el diámetro del impulsor es demasiado grande o la carcasa tiene una capa demasiado gruesa.
Recirculación interna: Se produce cuando la bomba no puede descargar el fluido con el volumen adecuado, por lo que este recircula alrededor del impulsor.
Cavitación por respiración de aire: Ocurre cuando el aire ingresa a la bomba a través de una válvula defectuosa u otros puntos débiles, como los anillos de las juntas que elevan la presión interior.
Síntomas de cavitación
Así como sucede con otros problemas inherentes a máquinas y equipos, los problemas de cavitación demandan un proceso de mantenimiento confiable para aumentar la vida útil de los activos.
Una manera eficiente de identificar señales de cavitación en bombas es chequear los componentes y el desempeño de los sistemas de bombeo. Muchas veces se trata de una combinación de síntomas que revelan problemas de cavitación en los sistemas de bombeo, entre los cuales se destacan:
Disminución del flujo y la presión: si el flujo generado por la bomba no coincide con el declarado por el fabricante, puede significar que hay cavitación en bombas.
Vibraciones inesperadas: la cavitación puede causar vibraciones inusuales, fuera de lo considerado normal para el equipo o el líquido bombeado.
Erosión del rotor: piezas del impulsor u otras partes erosionadas son una señal confiable de cavitación.
Avería de juntas y rodamientos: la cavitación también puede provocar fugas o daños en el sellado.
Consumo anormal de energía: si se están formando burbujas alrededor del impulsor o el propio impulsor está comenzando a fallar, se notarán fluctuaciones en el consumo de energía.
Ruido: niveles anormales de ruido en el sistema son evidencia de cavitación. Cuando las burbujas implosionan, se escuchan sonidos de burbujeo y crujidos.
Puntos calientes por cavitación: muchas áreas de los sistemas hidráulicos son propensas al desgaste por cavitación. Pueden generar puntos calientes, como aguas abajo de las válvulas de control con altos diferenciales de presión, o las cámaras de succión de las bombas con condiciones de entrada insuficientes.
Pequeñas burbujas, grandes estragos
A veces es difícil entender por qué esas burbujas en apariencia inofensivas son tan peligrosas cuando implosionan. La respuesta está en la liberación de la energía de calor latente de condensación cuando el vapor regresa a su fase líquida.
El colapso de la burbuja y la energía liberada crean un pequeño chorro de presión que puede alcanzar superficies sólidas cercanas, dañándolas potencialmente. De no identificarse a tiempo, un número grande de burbujas formadas en un proceso de cavitación puede provocar, con el tiempo, daños severos a los componentes del sistema.
Por lo tanto, los daños causados por la cavitación dependen de la presión y velocidad que generan las burbujas colapsadas y de su duración. Como resultado de esa presión y velocidad, las superficies son expuestas a intensidades muy variables. Esto se debe a que, mientras mayor sea la tensión de tracción y menor la presión estática, mayores serán las burbujas y más intensa la cavitación, propiciando daños más graves.
¿Cómo detectar la cavitación?
Muchas empresas emplean algunas estrategias de mantenimiento para evitar esas fallas inesperadas. Dentro de ellas está el mantenimiento preventivo y los planes de inspecciones periódicas u ocasionales. Sin embargo, a veces esas prácticas pueden conducir a la sustitución innecesaria de piezas, lo que eleva los costos de mantenimiento y mano de obra.
El avance tecnológico ha permitido a muchas empresas la aplicación del mantenimiento predictivo basado en horas de uso, y sus variadas técnicas.
La mejor manera de identificar la cavitación es, sin lugar a dudas, mediante inspecciones periódicas combinadas con el mantenimiento predictivo. Los sensores de análisis de vibraciones y temperatura instalados en puntos estratégicos del activo, permiten identificar posibles fallas con antelación.
Se trata de un mantenimiento realizado mediante monitoreo, con datos en tiempo real y detección de niveles de condición inaceptables.
Al adoptar un enfoque predictivo con la técnica de análisis de vibraciones, los datos de mantenimiento históricos del sensor se pueden utilizar para determinar las primeras señales de una falla. Esto permite a las empresas realizar el mantenimiento solamente cuando es necesario.
Los sensores Smart Trac, unidos al monitoreo online, permiten identificar ese problema en las bombas. El siguiente gráfico muestra cómo la plataforma Tractian identificó la anomalía e inmediatamente emitió una alerta para que los responsables del equipo pudieran realizar una intervención.
Cuando se produce una cavitación, las burbujas formadas en la zona de baja presión se alteran en el área de propulsión de la bomba. Esto aumenta la vibración en una región de alta frecuencia, aunque sin una frecuencia definida.
La detección de vibraciones aleatorias a altas frecuencias y sus amplitudes permitió identificar la falla. En el siguiente gráfico se muestra la suma de las amplitudes a alta frecuencia a lo largo del tiempo y se observa cómo estas exceden el límite de manera sistemática. Esto genera un insight que ayuda a evitar la repetición de la falla.
Ponte en contacto con uno de nuestros especialistas y evita que la cavitación sea parte de la rutina de los equipos de mantenimiento de tu empresa.
