CONTROL DE UN SISTEMA DE BOMBEO Y CLORACIÓN DE AGUA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y MECATRÓNICA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

“CONTROL DE UN SISTEMA DE BOMBEO Y CLORACIÓN DE AGUA”

AUTOR: RILDO GAMARRA VENTOCILLA ASESOR: Dr. JULIEN NOEL. Tesis para optar el Título de Ingeniero Electrónico LIMA – PERÚ 2012

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(A mis abuelos; Pedro y Celia, por todo el cariño brindado durante todos estos años. A mis padres; con todo mi amor y cariño para Rosario y Edwin, por su constante apoyo, comprensión y amistad Y gracias a mi familia, novia, compañeros y amigos. Eternamente agradecido.)

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AGRADECIMIENTOS

Agradezco al Ing. Elvis Barrera de la empresa Lima Airport Partners por el apoyo brindado, por compartir sus conocimientos y experiencias.

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RESUMEN La presente tesis es el resultado de varios meses de investigación en el campo de la ingeniería de control y mecánica de fluidos, está orientada al monitoreo y control de un sistema de cloración y bombeo de agua mediante el uso de controladores lógicos programables y software SCADA, la investigación se realizó en el Aeropuerto Internacional Jorge Chávez. El trabajo se divide en cuatro capítulos. El primer capítulo titulado Planteamiento del Problema presenta la determinación del problema, los objetivos, justificación de la investigación, las limitaciones y facilidades presentadas durante el desarrollo del presente trabajo. El segundo capítulo presenta el marco teórico sobre la mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas, teoría que permitirá comprender mejor el proceso de bombeo y los equipos con los que cuenta el sistema actual. Se presenta también teoría relacionada a la programación de controladores lógicos programables (PLC), los cuales serán utilizados para el control y monitoreo del sistema a través de la red industrial Profibus. El tercer capítulo presenta los dispositivos con los que cuenta el sistema actual, las pruebas realizadas a estos equipos permitieron definir cuales se encuentran operativos y pueden ser utilizados para la implementación del presente trabajo, presenta también la simulación de los procesos a través de software de programación de PLC y SCADA. En el último capítulo se presentan las conclusiones y recomendaciones, este trabajo podrá ser utilizado como base de futuras investigaciones relacionadas a los sistemas de cloración y bombeo.

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ABSTRACT The present thesis is the result of several months of investigation in the field of the engineering control and mechanics of fluids; this thesis is orientated to the monitoring and control of a system of chloration and water pumping by means of the use of logical programmable controllers and software SCADA, the investigation Jorge Chávez carried out in the International Airport. The work divides in four chapters. The first qualified chapter Exposition of the Problem presents the determination of the problem, the aims, justification of the investigation, the limitations and facilities presented during the development of the present work. The second chapter presents the theoretical frame on the mechanics of fluids and hydraulic machines, theory that will allow understanding better the process of pumping and the equipments with which it counts the current system. One presents also theory related to the programming of logical programmable controllers (PLC), which will be used for the control and monitoring of the system across the industrial network Profibus. The third chapter presents the devices with which it counts the current system, the tests realized to these equipments allowed to define which are operative and can be used for the implementation of the present work; he presents also the simulation of the processes across software of programming of PLC and SCADA. In the last chapter they present the conclusions and recommendations, this work will be able to be used as base of future investigations related to the systems of chloration and pumping.

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INDICE GENERAL CAPÍTULO ....................................................................................................... PÁGINA DEDICATORIA .......................................................................................................... iii AGRADECIMIENTO ................................................................................................. iv RESUMEN ................................................................................................................... v ABSTRACT ................................................................................................................ vi INDICE GENERAL ................................................................................................... vii INDICE DE TABLAS ............................................................................................... viii INDICE DE FIGURAS ................................................................................................ ix INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 1 I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................... 2 1.1 Determinación del problema ............................................................................ 2 1.2 Formulación del problema ............................................................................... 4 1.3 Objetivos de la investigación ........................................................................... 5 1.4 Justificación de la investigación. ...................................................................... 6 1.5 Limitaciones y facilidades ............................................................................... 6 II.MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 8 2.1 Fundamento teórico. ........................................................................................ 8 2.2 Estado del arte ............................................................................................... 39 III.DISEÑO, SIMULACIÓN E IMPLEMENTACIÓN. .............................................. 43 3.1 Diagramas de flujo......................................................................................... 43 3.2 Descripción del proceso y simulaciones. ........................................................ 51 IV.RESULTADOS Y CONCLUSIONES. .................................................................. 84 4.1 Conclusiones ................................................................................................. 85 4.2 Recomendaciones .......................................................................................... 88 REFERENCIAS. ........................................................................................................ 89 ANEXOS................................................................................................................... 92 ANEXO A: Enlazar InTouch con OPC Server…………………………………….. 93

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INDICE DE TABLAS

CAPÍTULO ...................................................................................................... PÁGINA Tabla 1.1: Línea de investigación en el campo de la Ingeniería Electrónica. ............................................... 3 Tabla 2.1: Tabla de comparación de bombas Volumétricas y Rotodinámicas. .......................................... 25 Tabla 3.1: Listado de entradas y salidas ..................................................................................................... 51 Tabla 3.2:Números de arranque máximos por día. ..................................................................................... 53 Tabla 3.3: Resultado del sensor Cisterna 1. ............................................................................................... 71 Tabla 3.4: Resultado del sensor Cisterna 2. ............................................................................................... 73 Tabla 3.5: Resultado de sensor cisterna 3. ................................................................................................. 75 Tabla 3.6: Resultado de sensor cisterna 4. ................................................................................................. 77 Tabla 4.1:Costos directos e indirectos. ....................................................................................................... 85

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INDICE DE FIGURAS CAPÍTULO.……………………………………………………………………PÁGINA Fotografía1.1: Aeropuerto Internacional Jorge Chávez.. ............................................................................. 4 Figura 2.1: Presión absoluta, relativa y atmosférica. .................................................................................... 8 Figura 2.2: Diagrama para el análisis de la medida de alturas. .................................................................... 9 Figura 2.3: Diagrama interno de una bomba reciprocante o de émbolo. .................................................... 15 Figura 2.4: Bomba rotatoria de engranaje externo. .................................................................................... 16 Figura 2.5: Bomba de leva y Bomba lobular. ............................................................................................. 18 Figura 2.6: Fotografía de un impelente tipo abierto. .................................................................................. 18 Figura 2.7: Representación esquemática de una bomba centrífuga. ........................................................... 20 Figura 2.8: Bomba tipo turbina. ................................................................................................................. 20 Figura 2.9: Bomba centrífuga vertical. ....................................................................................................... 22 Figura 2. 10: Impelente tipo helicoidal. ..................................................................................................... 23 Figura 2.11: Corte esquemático de una bomba de flujo axial. ................................................................... 24 Figura 2. 12: Representación de variador de velocidad marca DELTA. .................................................... 28 Figura 2.13: Representación de un sistema de regulación de flujo mediante la acción de una válvula...... 30 Figura 2.14: Modificación de curva del Sistema. ....................................................................................... 31 Figura 2.15: Modificación de la curva de la bomba. .................................................................................. 32 Figura 2. 16: Modificación Simultánea de las Curvas del Sistema y la Bomba. ........................................ 33 Figura 2. 17: Curvas de leyes de afinidad en Bombas Centrifugas. ........................................................... 34 Figura 2. 18: Símbolos básicos del lenguaje de programación LADDER. ................................................ 35 Figura 2. 19: Permutación de Estados. ....................................................................................................... 36 Figura 2. 20: Representación de una salida en LADDER. ......................................................................... 36 Figura 2. 21: Temporizadores ascendente y descendente. .......................................................................... 37 Figura 2. 22: Contador ascendente y descendente. ..................................................................................... 38 Figura 2. 23: Representación de Operador Aritmético Suma. .................................................................... 39 Figura 3. 1: Monitoreo del nivel de agua de las cisternas. ......................................................................... 44 Figura 3. 2: Control de la bomba principal. ............................................................................................... 45 Figura 3. 3: Sensado de la bomba principal. .............................................................................................. 46 Figura 3. 4: Control de volumen de cloro................................................................................................... 47 Figura 3. 5: Control de inyección de cloro. ................................................................................................ 48 Figura 3. 6: Control de encendido de Bomba Booster. .............................................................................. 48 Figura 3. 7: Detección de incendio. ............................................................................................................ 49 Figura 3. 8: Monitoreo de Sistema Alterno de Energía. ............................................................................. 49

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Figura 3. 9: Esquema de Sistema de Bombeo y Cloración de Agua. ......................................................... 50 Figura 3. 10: Motor FRANKLIN – 100Hp. ............................................................................................... 51 Figura 3. 11: Diagrama de conexiones, control de motor mediante variador ATV71. ............................... 52 Figura 3. 12: Sistema de cableado Modbus plus. ....................................................................................... 53 Figura 3. 13: Diagrama Eléctrico de Bomba Principal. .............................................................................. 54 Figura 3. 14: Bomba Booster. .................................................................................................................... 55 Figura 3. 15: Arrancador de estado sólido.................................................................................................. 55 Figura 3. 16: Diagrama eléctrico de Bomba Booster. ................................................................................ 56 Figura 3. 17: Clorador y Esquema de conexión. ........................................................................................ 58 Figura 3. 18: Detector de Fuga de Cloro Serie GA-171. ............................................................................ 59 Figura 3. 19: Relación pH con HOCl y OCl. ............................................................................................. 61 Figura 3. 20: Analizador de Cloro Residual. .............................................................................................. 62 Figura 3. 21: Esquema de Conexión de Sistema de Cloración de Agua. ................................................... 63 Figura 3. 22: Cilindros de Cloro. ................................................................................................................ 63 Figura 3. 23: Balanza tipo Romana. ........................................................................................................... 64 Figura 3. 24: Indicadores de balanza IQ520. .............................................................................................. 64 Figura 3. 25: Sistema hidráulico Planta de Cloración. ............................................................................... 65 Figura 3. 26: Válvula de alivio. .................................................................................................................. 65 Figura 3. 27: Estados de la válvula de alivio. ............................................................................................. 66 Figura 3. 28: Sensor tipo ultrasonido DANFOSS. ..................................................................................... 67 Figura 3. 29: Representación Cisterna 1. ................................................................................................... 69 Figura 3. 30: Sensor de Ultrasonido Cisterna 1. ......................................................................................... 71 Figura 3. 31: Diagrama Ladder para Sensor de Cisterna 1. ........................................................................ 72 Figura 3. 32: Representación Cisterna 2. ................................................................................................... 72 Figura 3. 33: Sensor de Ultrasonido Cisterna 2. ......................................................................................... 73 Figura 3. 34: Representación Cisterna 3. ................................................................................................... 74 Figura 3. 35: Sensor de Ultrasonido Cisterna 3. ......................................................................................... 75 Figura 3. 36: Representación Cisterna 4. ................................................................................................... 76 Figura 3. 37: Sensor de Ultrasonido Cisterna 4. ......................................................................................... 76 Figura 3. 38: Válvula para el bypass de las cisternas. ................................................................................ 77 Figura 3. 39: Diagrama LADDER, Sensado de las cuatro cisternas. ......................................................... 78 Figura 3. 40: Grupo Electrógeno MODASA. ............................................................................................. 79 Figura 3. 41: Protocolo de comunicación PROFIBUS. .............................................................................. 80 Figura 3. 42: Texto Estructurado Sistema de Cloración. ............................................................................ 81 Figura 3. 43: Simulación del sistema en InTouch. ..................................................................................... 82 Figura 3. 44: OPC Server. .......................................................................................................................... 83

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INTRODUCCIÓN

La desinfección del agua es un tratamiento obligatorio en los sistemas de abastecimiento de agua potable. Asegurar que el agua que consumen las personas es la adecuada, es la preocupación de las empresas que se encargan de este tipo de sistemas. Un estudio realizado por el Consejo para la Calidad del Medio Ambiente de los Estados Unidos, demostró que el riesgo de cáncer de quienes beben agua clorada es un 93% mas alto que entre aquellos cuya agua no la contiene. Beber agua corriente tratada con cloro es peligroso, inclusive mortal, ya que el cloro en dosis elevadas podría provocar intoxicaciones. Por este motivo el uso de herramientas que detectan la cantidad de cloro y el sistema que se encargue del proceso deben ser confiables. En el Perú, recién se comenzó a utilizar el cloro en 1917, cuando se inauguro la primera planta de cloración de agua en la antigua Empresa de Agua Potable en Lima, esto permitió salvar mucha gente de enfermedades como el cólera, tifoidea, disentería, amebiasis entre otras. La necesidad de poder alcanzar una alta fiabilidad para este tipo de sistemas, nos hace pensar en un sistema automatizado, lo que permitiría que el sistema sea confiable con el menor uso de recursos. Cabe resaltar que el control automático ha desempeñado un papel vital en el avance de la ingeniería y la ciencia desde el siglo XVIII en la que James Watt diseñó un regulador de velocidad centrifugo. El presente trabajo de investigación involucrará estos dos puntos, primero; el estudio para el diseño de un sistema de cloración, segundo; el del control automático. Juntando estos dos puntos, alcanzaríamos un sistema de cloración de agua, seguro y eficiente que nos permitiría asegurar que las variables se encuentren dentro de rangos recomendados por diferentes instituciones, como es la SUNASS para nuestro país.

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I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 DETERMINACIÓN DEL PROBLEMA La potabilización del agua para el consumo es de gran importancia ya que mata los organismos microbianos que pueden ser dañinos para la salud del que la consume, además que las Naciones Unidas han declarado un derecho humano el acceso al agua segura. El Aeropuerto Internacional Jorge Chávez no es ajeno a esta necesidad, teniendo actualmente un sistema de cloración de agua instalada el año 2003. Este sistema fue diseñado con equipos analógicos que se utilizan hasta la fecha, provocando que el sistema no pueda ser monitoreado y resulte ser ineficiente. El sistema está compuesto de manera general por un pozo natural, una bomba de agua, un grupo electrógeno, un sistema de inyección al vacío de cloro y cuatro cisternas, operando todos estos equipos de manera manual e independientes entre sí. El encendido y apagado de los equipos que hacen posible que este sistema opere es manual, con una frecuencia de una a dos veces por día. Para realizar esta operación es necesario el traslado del personal hasta el sistema de cloración que se encuentra a una distancia aproximada de 1500m, además de la supervisión visual constante del nivel de las cuatro cisternas distribuidas en las diferentes zonas del Aeropuerto. La detección de los nivele bajos es visual, trayendo esto como riesgo que no se detecte en el momento oportuno y provoque la ausencia de agua en las instalaciones del Aeropuerto. Al detectarse los niveles bajos de agua en las cisternas, se procede a encender la bomba de agua, el tiempo de encendido de esta bomba es indefinida y dependerá directamente de que tan rápido pueda abastecerse las cisternas y que el personal detecte el nivel máximo de agua en cada una, trayendo esto como riesgo que los niveles máximos no sean detectados y se presente una inundación por sobrellenado. En el momento que se abastece de agua las cisternas, se agrega por el método de inyección al vacío el cloro líquido al flujo del agua que se encuentra siendo bombeada. El cálculo de la cantidad de cloro a agregar es realizado mediante el pesado y la 2

comparación de dos cilindros que contienen el cloro en estado líquido y gaseoso. La cantidad de cloro a agregarse depende directamente de las regulaciones que indican que el rango del cloro residual debe encontrarse entre 0.5 y 1ppm (0.5 y 1mg/L), variable que es verificada al finalizar todo el proceso y no existe una retroalimentación de información que pueda permitir variar la cantidad de cloro a agregarse en caso se identifique algún problema, es necesario resaltar que por debajo de los 0.5mg/L no se eliminan las bacterias y por encima de 1mg/L se producen trihalometanos que son un problema para la salud. De la descripción dada, se aprecia que el sistema no es confiable ni eficiente, además de encontrase propenso a errores, inclusive humanos que pueden provocar daños a los dispositivos y a la infraestructura. El sistema actual no tiene dispositivos que puedan detectar y responder a problemas como; fugas de agua, fugas de cloro (sustancia peligrosa) en el ambiente, regulación del flujo de cloro a agregarse, toma de datos constantes de la mezcla de agua y cloro y uno de los puntos más importantes, la realimentación del sistema. El presente trabajo de investigación, por lo descrito, se ubica en la siguiente línea de investigación:

Tabla 1.1: Línea de investigación en el campo de la Ingeniería Electrónica. Fuente [Propia]

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Fotografía1.1: Aeropuerto Internacional Jorge Chávez. Fuente [Google Earth].

1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA De lo descrito anteriormente se puede definir que el problema está relacionado con la falta de control y monitoreo de los dispositivos que forman parte del sistema de cloración. Debido a que todos los componentes son del tipo mecánico, no se puede controlar las variables de manera automática, siendo siempre necesaria la intervención de los operadores al detectar alguna deficiencia o necesidad, siendo en algunos casos 4

esta intervención muy tardía. El traslado del personal provoca tiempos largos de atención además de gastos innecesarios de recursos, como son tiempos, combustible, personal que traslade a los encargados del funcionamiento del sistema, personal encargado de supervisar los niveles de agua. Es claro que la enmarcación teórica de este problema es el del control automático, en el que se tiene que considerar el mejor tipo de control para este tipo de procesos además de los equipos y dispositivos necesarios para asegurar el funcionamiento del sistema, su confiabilidad y respuesta ante posibles perturbaciones. 1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.3.1 Objetivos Generales •

Presentar los cálculos y el diseño para un sistema de cloración automatizado dentro del Aeropuerto Internacional Jorge Chávez.

1.3.2 Objetivos específicos. •

Comparar técnica y económicamente el sistema actual y el sistema a proponer para la cloración de agua.

•

Determinar las variables técnicas de un sistema de cloración de aguas.

•

Incrementar el MTBF del sistema.

•

Establecer las condiciones técnicas que deben cumplirse para el diseño de un sistema de cloración de agua.

•

Reemplazar el sistema analógico por un sistema digital.

•

Detectar condiciones inseguras en tiempo real.

•

Incrementar la eficiencia del sistema de cloración actual.

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1.4 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN. Se justifica el siguiente trabajo de investigación; debido a que un sistema tan importante y delicado como el de la cloración de agua debe ser autónomo y eficiente, más aun al trabajar con sustancias que pueden producir compuestos químicos como los trihalometanos que son considerados carcinógenos, actualmente el resultado del sistema de cloración es evaluado al final del proceso, sin existir una retroalimentación que pueda corregir de manera autónoma el exceso de cloro. El sistema al ser manual depende constantemente de la atención de los operadores, e iniciar un nuevo ciclo que parte en el encendido de la bomba, se realizan gastos de recursos y tiempo que podrían ser aprovechados para otras atenciones dentro del AIJC. La naturaleza del presente trabajo de investigación son los sistemas de control automático, se justifica el trabajo debido a que el automatizar un sistema disminuye el uso de recursos y aumenta la efectividad y confiablidad de un proceso. Este trabajo se implementará dentro del Aeropuerto Internacional Jorge Chávez, en la cabecera 33 ubicada en la zona sur. Este trabajo podrá ser utilizado como base para mejorar sistemas similares en otros lugares. 1.5 LIMITACIONES Y FACILIDADES 1.5.1 Limitaciones del Proyecto de Investigación. a. Teórica Para el desarrollo de este trabajo de investigación será necesario conocer: •

Métodos de control automático.

•

Métodos de cloración de agua

•

Equipos utilizados para sistemas de cloración.

•

Principios hidráulicos.

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•

Sensores y actuadores.

•

Almacenaje y traslado de sustancias peligrosas.

•

Medios de transmisión.

•

Uso y programación de controladores lógicos programables (PLC)

b. Temporal El tipo de estudio a realizar es del tipo transversal, su ejecución de inició el 01 de junio del 2011 y su posible término, el febrero del 2012. c. Espacial El presente trabajo de investigación comprende el espacio geográfico ocupado

por

el

Aeropuerto

Internacional

Jorge

Chávez.

La

implementación final se hará a modo de simulación. 1.5.2 Facilidades del Proyecto de Investigación. Se cuenta con el apoyo de la Jefatura de Mantenimiento del Aeropuerto Internacional Jorge Chávez, se me proporcionará información del sistema, y el acceso al área donde se podrá revisar el sistema actual de cloración de agua, la infraestructura donde debe montarse este sistema, además de la información y recomendaciones por parte de los ingenieros sanitarios del aeropuerto.

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II. MARCO TEÓRICO 2.1 FUNDAMENTO TEÓRICO. 2.1.1 BOMBAS Y NOCIONES GENERALES DE BOMBEO Las bombas son equipos mecánicos que permite elevar los líquidos y trasladarlos de un punto a otro consiguiendo aumentar su energía cinética o presión del fluido, es decir, se aplica cierta cantidad de energía (carga) que permita vencer la resistencia de las tuberías a la circulación, así como la carga que representa la diferencia de nivel del punto de donde se desplaza el líquido hasta el punto donde se quiera llevar. Para una mejor comprensión del funcionamiento y las aplicaciones de las bombas, es necesario conocer algunos conceptos. a. MEDIDA DE PRESIÓN Las presiones suelen expresarse tomando como referencia un origen arbitrario, los manómetros miden la diferencia entre la presión del fluido y la presión atmosférica local. Por lo tanto hay que sumar esta última al valor indicado por el manómetro para hallar la presión absoluta. Una lectura negativa de manómetro indica un vacío parcial. Presión absoluta = Presión local atmosférica + Presión manométrica Presión absoluta = Presión local atmosférica - Presión manométrica (si es negativa, de succión o vacío), la figura 2.1 muestra esta relación.

Figura 2.1: Presión absoluta, relativa y atmosférica.

Fuente [http://www.portaleso.com/usuarios/Toni/web_neumatica/neumatica_indice.html]

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b. MEDIDA DE ALTURAS El plano de referencia lo determina la altura de la bomba. •

H: Altura estática de impulsión

•

Z1: Altura estática de aspiración (-, al encontrarse por debajo de la bomba)

•

Z2: Carga estática de aspiración (+, al estar por encima del plano de referencia)

Mediante la figura 2.2, se puede entender el siguiente análisis: Altura total de aspiración para el caso a) = (Z1 - pérdidas por rozamiento) Es negativa porque Z1 es negativa. Altura total de aspiración para el caso b) = (Z2 – pérdidas por rozamiento) Puede ser positiva o negativa porque Z2 es positiva. Altura total de impulsión = H + pérdidas de carga en la impulsión Altura total = Altura total de impulsión – Altura total de aspiración Es la medida del incremento de energía que transmite la bomba al líquido.

Figura 2.2: Diagrama para el análisis de la medida de alturas. Fuente [http://www.industriascemu.com/DATOS%20TECNICOS%20DE%20BOMBAS/cursodebombas.pdf]

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c. NPSH REQUERIDA DE LA BOMBA Es una característica propia de la bomba, se define como la energía necesaria para llenar la parte de aspiración además de vencer las pérdidas por rozamiento y aumentar la velocidad. En definitiva es la energía del líquido que una bomba necesita para funcionar satisfactoriamente. Su valor puede determinarse tanto por prueba como por cálculo. Para una bomba centrífuga el NPSH requerido es la cantidad de energía necesaria, expresada en metros columna de líquido para: •

Vencer las pérdidas de carga desde la abertura de admisión (entrada) a los álabes del impulsor.

• Crear la velocidad deseada de corriente a los álabes, ya que es necesaria una velocidad mínima. Para una bomba rotativa el NPSH requerido es la energía expresada en Kg/cm

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precisada para: • Vencer las pérdidas desde la abertura de admisión a los engranajes o paletas. • Crear la velocidad deseada de entrada a los engranajes o paletas.

d. NPSH DISPONIBLE DEL SISTEMA El NPSH (Net Positive Suction Head) o también conocido como ANPA (Altura Neta Positiva en la Aspiración), es una característica del sistema y se define como la energía que tiene un líquido en la toma de aspiración de la bomba (independientemente del tipo de esta) por encima de la energía del líquido debida a su presión de vapor. La NPSH disponible puede ser calculada u obtenida tomando lecturas de prueba en el lado de aspiración de la bomba. Para su cálculo es necesario considerar tanto la energía potencial como la cinética y la

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de presión, mediante la aplicación de la ecuación 1 puede determinarse el valor del NPSH en un sistema.

(1) Dónde: • ρ es la densidad del líquido en kilogramo por metro cúbico. • Pa es la presión en el nivel de aspiración, en kilogramo por metro cuadrado. • Ha es la altura geométrica de aspiración en metros. • Pca es la pérdida de carga en la línea de aspiración, en metros. • Pv es la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, en kilogramo por metro cuadrado. e. CAVITACIÓN Este fenómeno sucede cuando un líquido se mueve por una región (tubería) donde la presión del líquido es menor que la tensión de vapor, lo que hace que el líquido hierba y se formen burbujas de vapor en su seno. Estas burbujas de vapor son arrastradas con el líquido hasta una región donde se alcanza una presión más elevada y allí desaparecen violentamente, provocando que el líquido se introduzca a alta intensidad en áreas reducidas. Estas sobrepresiones que se producen pueden sobrepasar la resistencia a la tracción del material y arrancar partículas del metal dándole una apariencia esponjosa (picado de los álabes del impulsor). Cuando estas burbujas de vapor llegan a la zona de alta presión desaparecen, ocasionando ruido y vibración, pudiendo llegar a producir averías en rodamientos, rotura del eje y otros fallos, ya que el material esta desgastado.

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En resumen la cavitación es la formación de burbujas de vapor o de gas en el seno de un líquido, causada por las variaciones que este experimenta en su presión, y cuyas consecuencias son: •

Disminución de la capacidad de bombeo.

•

Disminución del rendimiento de la bomba.

La cavitación indica un NPSH disponible insuficiente, ocasionado por una altura estática baja, alta temperatura o excesiva pérdida de carga en la aspiración. Este fenómeno puede evitarse manteniendo la presión del líquido por encima de la presión de vapor. f. VISCOSIDAD Además de la cavitación existen otros parámetros que afectan al funcionamiento de una bomba, uno de ellos es la viscosidad. La potencia absorbida de una misma bomba crece de forma aguda al pasar a manejar líquidos de mayor viscosidad, por lo que también se vera alterado su rendimiento, disminuyendo este al ir aumentando la viscosidad, mientras que su NPSH requerido seguirá siendo esencialmente el mismo. RENDIMIENTO DEL GRUPO MOTOR-BOMBA La aplicación de las ecuaciones 2 y 3 permiten hallar el rendimiento y la potencia del motor.

(2) η: rendimiento del motor 2 W: potencia en kgm/s 3 Q: caudal en m /s Hm: altura en m 3 ρ: densidad en kg/m 12

(3) η: rendimiento del motor (