La cavitación es uno de los fenómenos más frecuentes que acortan la vida útil de las bombas centrífugas, tanto en instalaciones domésticas como en grandes sistemas industriales y agrícolas. En nuestro artículo anterior, Qué es la cavitación y cómo prevenirla, explicamos los fundamentos de este fenómeno. En este texto vamos un paso más allá: como fabricantes de bombas de agua de las marcas IBO e IPRO, mostramos cómo reconocer la cavitación en la práctica durante el funcionamiento, cómo calcular el margen de NPSH al diseñar la instalación de aspiración y qué elementos del equipamiento —controladores, variadores de frecuencia, válvulas, filtros y manómetros— ayudan realmente a reducir el riesgo de que se produzca. El texto está dirigido principalmente a instaladores y técnicos de mantenimiento que seleccionan y ponen en marcha bombas centrífugas a diario.
El fenómeno de la cavitación en las bombas centrífugas: qué ocurre dentro del impulsor
La formación de cavitación en una bomba centrífuga tiene una causa física muy concreta. Cuando el líquido entra en la entrada del impulsor, su velocidad de flujo aumenta bruscamente y, de acuerdo con el principio de Bernoulli, la presión del líquido en ese punto disminuye. Si la presión del fluido cae por debajo de la presión de vapor saturado de dicho líquido a esa temperatura, se produce una evaporación local: aparecen pequeñas burbujas de vapor en el líquido. Precisamente ese momento —cuando la presión del líquido es inferior a la presión de vapor— constituye el punto de partida de todo el fenómeno de la cavitación.
Las burbujas de vapor provocan una alteración local de la continuidad del flujo de líquido, pero el verdadero problema aparece un instante después. El impulsor de la bomba transporta el líquido bombeado desde una zona de baja presión (lado de aspiración) hacia una zona de mayor presión (lado de impulsión). Cuando las burbujas de vapor llegan a la zona de mayor presión, se produce su violenta implosión: colapsan a una velocidad comparable a la de unos minúsculos golpes de ariete. La energía liberada durante este proceso es tan grande que, al repetirse miles de veces por minuto, provoca daños erosivos por cavitación en la superficie del impulsor y del cuerpo de la bomba.
Conviene recordar la siguiente relación: cuanto menor sea la presión de saturación de un líquido determinado en las condiciones de funcionamiento de la instalación, menor será el margen de seguridad de la bomba. Por eso, la temperatura del líquido bombeado influye directamente en la facilidad con la que se supera el umbral de vaporización.
Cavitación gaseosa y cavitación clásica por vapor: dos mecanismos diferentes
En la práctica de las instalaciones conviene distinguir dos fenómenos que a menudo se confunden. La cavitación clásica por vapor se produce cuando la caída de presión del vapor es lo bastante grande como para que el líquido se evapore localmente dentro de la bomba: este es el mecanismo descrito anteriormente. La cavitación gaseosa tiene un origen diferente: consiste en la liberación de gases disueltos en el líquido —generalmente aire— como consecuencia de una caída de presión, sin que sea necesario alcanzar la presión de vapor saturado. Ambos fenómenos provocan efectos similares —oscilaciones de presión, disminución del rendimiento y ruido—, pero sus causas fundamentales son distintas y, por consiguiente, también lo son los métodos para prevenirlos.
La cavitación gaseosa aparece con mayor frecuencia debido a fugas en la tubería de aspiración, por las que entra aire en la instalación, y cuando el caudal no está correctamente adaptado al diámetro de la tubería. La cavitación clásica por vapor está estrechamente relacionada, a su vez, con las condiciones de funcionamiento del lado de aspiración de la bomba: la altura de aspiración, la temperatura del medio y las pérdidas de carga.
Qué aumenta el riesgo de cavitación en una instalación: el lado de aspiración de la bomba bajo la lupa
La gran mayoría de los casos de cavitación en la práctica de las instalaciones tienen su origen en el lado de aspiración de la bomba, no en el lado de impulsión. Entre las causas más frecuentes que aumentan el riesgo de cavitación se encuentran:
- Altura de aspiración de la bomba demasiado elevada – cuanto más profundamente tenga que aspirar el líquido la bomba, menor será la presión estática en el lado de aspiración y, por tanto, menor será el margen respecto a la presión de vaporización.
- Tubería de aspiración demasiado larga o estrecha – provoca pérdidas de presión proporcionales al cuadrado de la velocidad del flujo, lo que reduce aún más la presión en la entrada del impulsor.
- Temperatura elevada del líquido – al aumentar la temperatura, aumenta la presión de vapor saturado, por lo que el margen de seguridad disminuye incluso con la misma geometría de la instalación.
- Fugas que permiten la entrada de aire – típicas de las instalaciones de aspiración con conexiones roscadas o juntas desgastadas.
- Caudal demasiado elevado en relación con los parámetros de la bomba – funcionamiento fuera de la curva característica, con un rendimiento muy superior al punto óptimo.
En la práctica, esto significa que una bomba centrífuga de aspiración que funciona con una tubería de aspiración larga, a una temperatura elevada del fluido y con una gran altura de aspiración, está mucho más expuesta a zonas de cavitación que la misma bomba alimentada desde un depósito situado cerca del nivel de la instalación. Al elegir bombas sumergibles en lugar de bombas de aspiración desde la superficie, en muchos casos se puede eliminar por completo el problema del lado de aspiración: el impulsor trabaja inundado de líquido, lo que reduce significativamente el riesgo de que la presión descienda por debajo de la presión de vapor. Nuestro catálogo de bombas sumergibles IBO muestra soluciones utilizadas precisamente en este tipo de aplicaciones hidráulicamente más exigentes.
NPSH, NPSHav y NPSHr: cómo diseñar bombas resistentes a la cavitación
El parámetro más importante para evaluar el riesgo de cavitación ya durante la fase de diseño de la instalación es el NPSH (Net Positive Suction Head), es decir, el exceso de presión de aspiración sobre la presión de vaporización del líquido. En la documentación técnica de las bombas centrífugas aparecen dos valores que deben compararse:
- NPSHav (available): exceso de presión disponible, determinado por la instalación concreta: la altura de aspiración, la longitud de la tubería de aspiración, la temperatura del líquido y la presión atmosférica en el lugar de instalación.
- NPSHr (required): exceso de presión requerido, indicado por el fabricante de la bomba para un punto de funcionamiento determinado en la curva característica. Es un valor derivado del diseño del impulsor y del sistema de bombas centrífugas utilizado en ese modelo.
La regla básica que todo instalador debe conocer es la siguiente: las bombas deben diseñarse de modo que el NPSHav sea siempre claramente superior al NPSHr; en la práctica, se recomienda un margen de seguridad de aproximadamente 0,5–1 metro de columna de líquido. Si no se cumple esta condición, el funcionamiento de la bomba conduce casi inevitablemente a la cavitación, independientemente de la calidad de la propia bomba centrífuga. Por eso, al seleccionar bombas de superficie o bombas sumergibles para una instalación concreta, el cálculo del NPSHav real en las condiciones de funcionamiento dadas debe preceder a la elección de un modelo específico, y no al contrario.
Síntomas de cavitación durante el funcionamiento de la bomba
La cavitación puede detectarse antes de que se produzcan daños permanentes en los componentes de la bomba. Entre los síntomas habituales se encuentran:
- ruido característico parecido al de una bomba que impulsa grava o pequeñas piedras: es el sonido de la implosión de las burbujas de vapor,
- aumento de las vibraciones del cuerpo de la bomba y de la tubería, por encima del nivel normal de funcionamiento,
- funcionamiento irregular y pulsante de la bomba, así como fluctuaciones de presión visibles en el manómetro del lado de impulsión,
- descenso notable del rendimiento de la bomba con los parámetros de la instalación sin cambios,
- aumento más rápido de lo habitual de la temperatura de los rodamientos y del cierre mecánico.
Instalar un manómetro en los lados de aspiración e impulsión de la bomba es una de las herramientas de diagnóstico más sencillas: una caída repentina y repetida de la presión en el lado de aspiración suele preceder en varias horas o días de funcionamiento de la instalación a la aparición de síntomas audibles de cavitación.
Consecuencias de la cavitación: daños en los componentes de la bomba
El funcionamiento prolongado en condiciones de cavitación provoca daños permanentes y costosos en la bomba. Los más característicos son los llamados picados por cavitación: pérdidas irregulares y esponjosas de material en la superficie del impulsor, en los lugares donde la implosión de las burbujas de vapor se produce con mayor intensidad. En casos avanzados, los daños por cavitación también afectan al cuerpo de la bomba en la zona de los canales de flujo.
La cavitación rara vez actúa de forma aislada; normalmente va acompañada de otros efectos:
- desgaste acelerado y pérdida de estanqueidad del cierre mecánico del eje, como consecuencia de las vibraciones y los cambios locales de presión,
- daños en los rodamientos del motor debido a las vibraciones transmitidas al eje,
- reducción del rendimiento de la bomba y aumento del consumo de energía eléctrica en relación con el efecto obtenido,
- en casos extremos, la pérdida total de la permeabilidad del impulsor y la necesidad de sustituirlo.
Es importante señalar que los daños en los componentes de la bomba causados por la cavitación normalmente no están cubiertos por la garantía del fabricante, ya que se deben a una selección o un funcionamiento incorrectos de la instalación y no a un defecto de fabricación del equipo. Por ello, resulta aún más conveniente prevenir este fenómeno desde la fase de diseño y puesta en marcha del sistema.
Cómo prevenir la cavitación en la práctica: equipamiento y selección de la instalación
Limitar eficazmente el riesgo de cavitación rara vez se reduce a una sola medida; normalmente consiste en combinar una selección adecuada de la bomba con el equipamiento de instalación apropiado. En nuestra oferta, además de las propias bombas de circulación, recirculación, sumergibles, de pozo y de superficie de las marcas IBO e IPRO, se incluyen elementos que favorecen directamente un funcionamiento estable y sin cavitación del sistema:
- Variadores de frecuencia – al regular las revoluciones del motor de la bomba según la demanda actual de agua, limitan el funcionamiento de la bomba en los puntos de la curva característica donde el riesgo de cavitación es mayor. Explicamos más sobre su funcionamiento en el artículo Bomba sumergible – tipos, instalación y ventajas del variador, mientras que los modelos y accesorios concretos se encuentran en la sección variadores y accesorios.
- Controladores de bombas: supervisan la presión y los parámetros de funcionamiento en tiempo real y apagan la bomba antes de que funcione durante mucho tiempo en condiciones de cavitación o marcha en seco. El fenómeno de la marcha en seco, estrechamente relacionado con el tema de la cavitación, se describe con más detalle en el texto Qué es la marcha en seco de una bomba y cómo protegerse frente a ella.
- Válvulas de retención y de cierre: correctamente seleccionadas e instaladas en la tubería de aspiración, reducen el riesgo de que se formen bolsas de aire y de que se produzcan descensos bruscos de presión al arrancar la bomba.
- Filtros: instalados en el lado de aspiración, impiden que las impurezas sólidas lleguen al impulsor, protegiendo indirectamente las superficies de trabajo, ya debilitadas por la cavitación, frente a una erosión mecánica adicional.
- Manómetros: permiten controlar continuamente la presión en los lados de aspiración e impulsión, lo que ayuda a detectar los primeros síntomas de la cavitación mucho antes de que aparezcan daños audibles y visibles.
Al seleccionar un modelo concreto, también conviene consultar nuestra guía general Bombas de agua Dambat: guía sobre tipos y aplicaciones (IBO / IPRO), que ayuda a adaptar el tipo de bomba a las características de la instalación incluso antes de calcular los parámetros NPSH.
Selección de la bomba para una aplicación concreta: qué tener en cuenta
Al diseñar o modernizar una instalación, conviene recordar que elegir la marca o la potencia del motor no es suficiente si se omite el balance hidráulico del lado de aspiración. La secuencia de acciones recomendada para seleccionar una bomba resistente a la cavitación es la siguiente:
- Determinar la altura de aspiración real de la bomba, así como la longitud y el diámetro de la tubería de aspiración en la instalación concreta.
- Calcular las pérdidas de presión derivadas de la resistencia al flujo, los codos, las válvulas y la longitud de la tubería de aspiración.
- Determinar la temperatura del líquido bombeado y consultar en las tablas la presión de vapor saturado correspondiente.
- Determinar el NPSHav disponible para la instalación y compararlo con el valor de NPSHr indicado por el fabricante para el punto de funcionamiento previsto.
- Si el margen es demasiado pequeño, considere cambiar la ubicación de la bomba (por ejemplo, instalar una versión sumergible en lugar de una de superficie), acortar la tubería de aspiración o utilizar un modelo con un NPSHr inferior.
En nuestra oferta encontrará tanto modelos destinados a aplicaciones domésticas como soluciones para instalaciones agrícolas e industriales, incluidas las bombas de superficie IBO para captaciones poco profundas y las bombas de pozo profundo destinadas a pozos profundos, donde calcular correctamente la altura de aspiración tiene especial importancia. Si tiene alguna duda, nuestro departamento técnico estará encantado de ayudarle a elegir el modelo adecuado para los parámetros concretos de su instalación.
Preguntas frecuentes (FAQ)
¿En qué se diferencia la cavitación del ruido normal de funcionamiento de la bomba?
El ruido normal de funcionamiento de la bomba suele ser constante y uniforme, mientras que el sonido asociado a la cavitación recuerda al de grava o piedrecillas al ser impulsadas: es irregular y aparece de repente, normalmente cuando cambia el punto de funcionamiento de la bomba, por ejemplo, al aumentar el consumo de agua.
¿Puede producirse cavitación en una bomba sumergible?
El riesgo es considerablemente menor que en las bombas de aspiración desde la superficie, ya que el impulsor funciona sumergido en el líquido, lo que elimina el problema de la altura de aspiración. Sin embargo, la cavitación puede producirse en las bombas sumergibles cuando funcionan cerca del nivel de la superficie del agua o cuando el caudal es demasiado alto en relación con la capacidad de la fuente.
¿Con qué rapidez destruye la cavitación una bomba?
Depende de la intensidad del fenómeno. Cuando el NPSHr se supera ligeramente de forma periódica, las primeras señales de erosión en el impulsor pueden aparecer tras varios meses de funcionamiento. Con una cavitación intensa y continua, pueden producirse daños graves en los componentes de la bomba después de tan solo entre varias y varias decenas de horas de funcionamiento.
¿El variador de frecuencia elimina por completo el riesgo de cavitación?
El variador de frecuencia limita el funcionamiento de la bomba en puntos desfavorables de la curva característica y ayuda a mantener una presión estable, pero no sustituye un diseño correcto del lado de aspiración. Si el NPSHav de la instalación está muy por debajo del NPSHr de la bomba, la regulación de la velocidad del motor por sí sola no eliminará el problema.
¿Qué importancia tiene la temperatura del agua para el riesgo de cavitación?
A medida que aumenta la temperatura del líquido, aumenta la presión de vapor saturado, lo que reduce el margen disponible de NPSHav. Por eso, una misma instalación que funciona de forma segura con agua fría puede generar zonas de cavitación cuando el medio alcanza una temperatura elevada.
¿Es suficiente el manómetro para diagnosticar la cavitación?
El manómetro en los lados de aspiración y de impulsión es una herramienta de diagnóstico muy útil, ya que muestra las fluctuaciones de presión típicas de la cavitación, pero conviene completar el diagnóstico observando el ruido y las vibraciones, además de analizar los parámetros de la instalación (altura de aspiración, longitud de la tubería y temperatura del líquido).
