Análisis y evaluación del fenómeno de cavitación en un sistema de bombeo utilizando técnicas CFD y análisis modal, para determinar su influencia en los parámetros de rendimiento energético en el Laboratorio de electrobombas de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE extensión Latacunga.

Abstract

El presente trabajo de titulación analiza y evalúa el fenómeno de cavitación en un sistema de bombeo para determinar su influencia en los parámetros de rendimiento energético. Las bombas centrífugas están presentes en los procesos industriales, en América Latina tiene gran influencia en plantas petroleras o curtiembres gracias a su eficiencia, fácil mantenimiento y diversos rangos de capacidad de trabajo. En nuestro país su uso es frecuente en los procesos petroleros a tal punto que el problema de cavitación en bombas nos permitió investigar las causas que la generan, así como también el comportamiento que tiene este fenómeno en el impulsor de una bomba centrífuga; con la ayuda de un sistema de bombeo se analizó el régimen de cavitación en el laboratorio de electrobombas de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE- Latacunga, se tomó datos de rendimiento energético y se observó el efecto que tenía la cavitación en la bomba centrífuga. De la adquisición de datos en dos momentos uno en régimen normal y el otro en cavitación, se analizó los resultados obtenidos validando los mismos con cálculos, conceptos teóricos y experimentales; para luego ingresar los valores obtenidos en los dos momentos en el paquete de ingeniería Ansys 17.2 y con la ayuda del módulo CFD observar la distribución de presión del fluido en el impulsor de la bomba, así como las zonas afectadas por la presencia del fenómeno de cavitación. Se realizó un análisis modal de vibraciones mediante la utilización del analizador IRD Balancing tomando las medidas en los dos momentos de comportamiento del sistema de bombeo, posterior a ello se diseñó el conjunto eje-rotor de la bomba centrífuga que apoyada en un fundamento matemático y mediante el análisis computarizado en Ansys 17.2 se obtiene las velocidades críticas que son comparadas con las calculadas. Con los resultados obtenidos por el analizador de vibraciones y con respaldo en la norma ISO 10816 el rango de severidad de la vibración en estado de operación normal muestra grados satisfactorios mientras que al trabajar en cavitación muestra grados insatisfactorios. Así mismo con dichos espectros de frecuencia en los dos momentos de operación se observa un incremento en la amplitud de la vibración a la frecuencia de paso de álabes corroborando la presencia de cavitación. Finalmente se determinó mediante un análisis estadístico T- Student la influencia que tiene la cavitación en los parámetros de rendimiento energético evidenciando un notable cambio en sus dos comportamientos de trabajo.