La cavitación y su impacto en Equipamiento industrial

Al igual que determinadas frecuencias sonoras pueden tener efectos negativos en el cuerpo humano, ciertas frecuencias también pueden causar graves daños en los equipos industriales. Cuando las válvulas de control no se seleccionan correctamente, aumenta el riesgo de cavitación, lo que provoca altos niveles de ruido y vibraciones que pueden dañar rápidamente los componentes internos de la válvula y las tuberías aguas abajo. Además, los altos niveles de ruido suelen provocar vibraciones que pueden dañar tuberías, instrumentos y otros equipos.

As valves degrade over time and parts wear out, cavitation in the valve can lead to serious damage to the piping system. This damage is mainly caused by the vibration and noise energy produced by cavitation, which accelerates the corrosion process. The collapse of cavitation bubbles near the restriction and downstream can create high-amplitude vibrations, leading to significant damage. While this typically occurs in ball and rotary valves within the valve body, it can also happen in short, high recovery-type valves like V-ball valves, particularly on the downstream side of a butterfly valve’s piping.

When a valve is held in a particular position, cavitation is more likely to occur. This can lead to leaks at the welded repair joints in the valve’s piping, making the valve unsuitable for that segment of the pipeline.

Tanto si la cavitación se produce en el interior de la válvula como aguas abajo, los equipos situados en la zona de cavitación sufrirán daños generalizados. Componentes como láminas delgadas de diafragma, muelles y estructuras en voladizo de pequeña sección transversal pueden experimentar fallos debido a las vibraciones de gran amplitud, lo que provoca fallos oscilatorios. Los puntos de fallo más frecuentes se encuentran en instrumentos como manómetros, transmisores, vainas de termopares, caudalímetros y sistemas de muestreo. Los actuadores, posicionadores y finales de carrera que contienen resortes experimentarán un desgaste acelerado, y los soportes de montaje, fijaciones y conectores pueden aflojarse y fallar debido a las vibraciones.

Corrosión micrométrica

La corrosión micrométrica, que se produce cuando las superficies de desgaste están expuestas a vibraciones, es común cerca de las zonas de cavitación. Esto puede producir partículas de óxido duro que actúan como abrasivos, acelerando el desgaste entre superficies. Los equipos afectados incluyen válvulas de aislamiento y retención, así como válvulas de control, bombas, tamices rotativos, tomamuestras y cualquier otro mecanismo giratorio o deslizante.

Agrietamiento y Corrosión de la válvula y componentes de tuberías

Las vibraciones de gran amplitud también pueden provocar el agrietamiento y la corrosión de las piezas metálicas de las válvulas y las paredes de las tuberías. Las partículas metálicas dispersas o los productos químicos corrosivos pueden contaminar el medio dentro de la tubería, lo que tiene un impacto significativo en las válvulas de grado sanitario y en los medios de tuberías de alta pureza. Se trata de una situación que debe evitarse.

Predicción de daños por cavitación en Válvulas de tapón

La predicción de los daños por cavitación en las válvulas de obturador es más compleja que el simple cálculo de las caídas de presión de restricción del caudal. La experiencia ha demostrado que es posible que la caída de presión en el flujo de líquido principal alcance la presión de vapor del líquido, lo que provoca la vaporización local y el colapso de las burbujas de vapor. Algunos fabricantes de válvulas predicen la aparición de daños por cavitación definiendo una caída de presión de daño inicial. Un método para predecir los daños por cavitación se basa en el hecho de que el colapso de las burbujas de vapor provoca cavitación y ruido. Los fabricantes han determinado que si el nivel de ruido calculado está por debajo de los siguientes límites, se pueden evitar daños importantes por cavitación:

• Válvulas de hasta 3 pulgadas80 decibelios
• Válvulas de 4-6 pulgadas85 decibelios
• Válvulas de 8-14 pulgadas90 decibelios
• Válvulas de 16 pulgadas y mayores95 decibelios

Métodos para eliminar los daños por cavitación

Para eliminar la cavitación, se emplean diseños especiales de válvulas que utilizan la división del flujo y las caídas de presión escalonadas:

• División del flujo: This divides a large flow into several smaller flows within the valve’s flow path, with multiple small openings through which the flow passes. The size of cavitation bubbles is partially determined by the size of the openings. Smaller openings produce smaller bubbles, resulting in less noise and less damage.

• Pérdida de carga por etapas: Esto significa que la válvula está diseñada con dos o más puntos de ajuste secuenciales, de modo que en lugar de experimentar una única gran caída de presión, ésta se divide en varios pasos más pequeños. Las caídas de presión individuales más pequeñas evitan que la presión del fluido caiga por debajo de su presión de vapor, eliminando así la cavitación.

Combinando la división del flujo y las caídas de presión escalonadas en la misma válvula, se puede conseguir una mayor resistencia a la cavitación. Durante la modificación de la válvula, a veces es posible eliminar los problemas de cavitación colocando la válvula de control donde la presión en la entrada de la válvula sea mayor (como más arriba o a menor altura).

Además, colocar la válvula de control donde la temperatura del líquido (y, por tanto, la presión del vapor) sea más baja (como en el lado de baja temperatura de un intercambiador de calor) puede ayudar a evitar problemas de cavitación.

Conclusión

Como se ha demostrado, la cavitación en las válvulas no sólo degrada su rendimiento y provoca daños en ellas, sino que también plantea riesgos para las tuberías y equipos aguas abajo. Predecir la cavitación y tomar medidas para eliminarla es la única forma de evitar los costosos problemas de consumo de las válvulas.