1. Qué es la cavitación
La cavitación es un fenómeno hidráulico en el que burbujas de vapor se forman espontáneamente dentro del líquido bombeado cuando la presión local cae por debajo de la presión de vapor del fluido a la temperatura de operación. Cuando estas burbujas migran a regiones de mayor presión dentro de la bomba (la zona de descarga), colapsan de forma violenta y asimétrica, generando ondas de choque y microjets de líquido con velocidades superiores a 100 m/s que impactan las superficies metálicas.
El resultado es erosión progresiva del metal (llamada pitting o cratering), vibración mecánica, ruido característico similar a piedras dentro de la bomba, caída de caudal y presión, y reducción dramática de la vida útil de los componentes internos — especialmente rotor, sello mecánico y cojinetes. Una bomba operando en cavitación puede tener su vida útil reducida de años a semanas.
En el vocabulario de campo, "cavitar" es el verbo que describe este régimen: una bomba empieza a cavitar cuando la presión en la succión cae por debajo de la presión de vapor del líquido, y deja de cavitar cuando esa condición se corrige — reduciendo las pérdidas en la succión, bajando la temperatura del fluido o disminuyendo la rotación.
En operación continua de bomba industrial, cavitar es una condición indeseable que exige investigación: en la gran mayoría de los casos apunta a instalación, selección u operación fuera de lo previsto — nunca debe tratarse como característica aceptable del sistema.
La burbuja de cavitación no es una burbuja de aire: es vapor del propio líquido, nucleado en microimpurezas y gases disueltos en el instante en que la presión local cruza la presión de vapor. Nace microscópica, crece mientras atraviesa la zona de baja presión e implosiona en microsegundos al reencontrar presión mayor.
Cuando el colapso ocurre junto a una pared metálica, la implosión es asimétrica: el líquido atraviesa el centro de la burbuja y forma el microjet que perfora la capa límite y martilla el metal — es este mecanismo, repetido continuamente en alta frecuencia, el que excava el pitting característico.
Dos detalles prácticos se derivan de esta física. Primero, en las bombas la cavitación es siempre un fenómeno de succión: las burbujas se forman donde la presión es mínima (ojo del rotor en la centrífuga, espacio entre dientes en la de engranajes) y colapsan justo después — por eso el daño aparece concentrado en esas regiones.
Segundo, la entrada de aire no es cavitación: el aire arrastrado forma burbujas que se comprimen y amortiguan sin implosionar, generando síntomas parecidos (ruido, caída de caudal) con causa y corrección diferentes — distinguir ambos es el primer paso de cualquier diagnóstico.
2. Cómo identificar cavitación en campo
La cavitación se manifiesta por cinco síntomas identificables sin instrumentación sofisticada: (1) Ruido — sonido de grava o martilleo metálico, audible a pocos metros de la bomba; (2) Vibración — amplitud creciente, detectable con la mano en el soporte de cojinetes; (3) Caída de rendimiento — caudal y/o presión por debajo de lo especificado, intermitente o progresiva; (4) Erosión visible — marcas de pitting en la cara de succión del rotor (centrífugas) o en la cara de succión de los engranajes (bombas de engranaje); (5) Falla prematura de sello mecánico — el sello pierde vida útil por la vibración e inestabilidad de la película líquida en las caras de sellado.
| Síntoma | Hipótesis a verificar | Acción inmediata |
|---|---|---|
| Ruido de "grava" o martilleo metálico | Colapso de burbujas de vapor — NPSHa insuficiente en la succión | Verificar filtros y válvulas de succión; recalcular el NPSHa de la instalación |
| Vibración creciente en el soporte de cojinetes | Colapso asimétrico de las burbujas sobre el rotor o engranajes | Reducir la rotación (si es posible) e inspeccionar la línea de succión |
| Caída de caudal y/o presión | Vaporización parcial del fluido en la entrada de la bomba | Verificar temperatura del fluido y nivel del depósito de succión |
| Pitting en el rotor o los engranajes | Cavitación prolongada — erosión por microjets | Corregir la causa raíz (NPSH, viscosidad × rotación) antes de cambiar piezas |
| Falla prematura del sello mecánico | Vibración e inestabilidad de la película líquida en las caras de sellado | Verificar entrada de aire en conexiones y sellos de la succión |
3. Las 7 causas reales de cavitación
En la experiencia de ingeniería de aplicación de FB Bombas, las causas de cavitación en instalaciones industriales se concentran en siete factores recurrentes: (1) Altura geométrica de succión excesiva — la bomba intenta aspirar líquido de una altura mayor que la que permite la presión atmosférica; (2) Pérdida de carga en la tubería de succión — tubería subdimensionada, exceso de curvas, válvulas parcialmente cerradas o filtros sucios; (3) Temperatura del fluido por encima de lo previsto — la presión de vapor aumenta exponencialmente con la temperatura, reduciendo el NPSHa; (4) Fluido más viscoso que lo especificado — en bombas de engranajes, la viscosidad excesiva impide el llenado completo de la cámara entre dientes a la rotación de operación; (5) Rotación por encima de la recomendada — especialmente crítico en bombas FBE con fluidos viscosos (ver tabla viscosidad × RPM del manual MTEC-01/01); (6) Entrada de aire en la succión — juntas, empaquetaduras o conexiones con sellado comprometido; (7) Vaporización parcial — fluidos volátiles o cercanos al punto de ebullición a la temperatura de operación.
4. NPSH: el parámetro que previene la cavitación
El NPSH (Net Positive Suction Head) es la herramienta cuantitativa para prevenir la cavitación. El concepto se divide en dos valores: NPSHa (disponible) es la energía de presión efectiva que la instalación proporciona en la entrada de la bomba — depende de la presión atmosférica, altura geométrica, pérdidas de carga y presión de vapor.
NPSHr (requerido) es la presión mínima que la bomba necesita en su entrada para operar sin cavitación — este valor es proporcionado por el fabricante para cada modelo y condición de operación.
El margen de NPSH se define para el fluido, la bomba y las condiciones de instalación. Un margen fijo en metros no aprueba todas las centrífugas FBCN ni las bombas de engranajes FBE. Cuando la curva indica NPSH3, corresponde al criterio de caída del 3% de altura en el ensayo, no al inicio de toda cavitación.
Para aspiración desde un depósito, NPSHa = Pa ± Hz − Hf − Pv, con todos los términos en metros de columna del líquido: Pa es la carga de presión absoluta sobre el depósito; Hz, la diferencia de nivel; Hf, las pérdidas de aspiración; y Pv, la carga correspondiente a la presión de vapor a la temperatura de operación. Confirme la curva y el margen aplicable con ingeniería.
Un ejemplo numérico muestra el peso de cada término. Instalación típica: agua a 20 °C, tanque abierto al nivel del mar (Pa = 10,33 mca), bomba 2,5 m por encima del nivel del líquido (Hz = −2,5 m), pérdidas en la succión de 0,8 m y presión de vapor de 0,24 mca según la tabla de vapor saturado. El NPSHa resulta en 6,79 m — holgado frente a un NPSHr de catálogo de 3,0 a 3,5 m.
Ahora la misma instalación con agua a 80 °C: la presión de vapor salta a 4,83 mca y el NPSHa se desploma a 2,20 m — la bomba que operaba con margen empieza a cavitar sin que nada haya cambiado en la tubería. Por eso la temperatura es la variable más traicionera del diagnóstico: el NPSHa no es una propiedad de la bomba, es una propiedad de la instalación en una condición de operación específica.
NPSHa(20 °C) = 10,33 − 2,5 − 0,8 − 0,24 = 6,79 m
NPSHa(80 °C) = 10,33 − 2,5 − 0,8 − 4,83 = 2,20 mEjemplo: agua 20 °C, tanque abierto al nivel del mar, aspiración de 2,5 m, pérdidas de 0,8 m — vs la misma instalación a 80 °C. Valores en columna de agua estándar (ρ = 1.000 kg/m³).
5. Cavitación en bombas de engranaje vs centrífugas
Las bombas centrífugas FBCN son más sensibles a la cavitación que las bombas de engranajes FBE. Esto ocurre porque en la centrífuga, el líquido entra en el centro del rotor a alta velocidad, y la caída de presión en la entrada del ojo del rotor es abrupta — cualquier insuficiencia de NPSH genera cavitación inmediatamente.
En la bomba de engranajes, el mecanismo es diferente: la cavitación ocurre cuando el fluido viscoso no logra llenar el espacio entre los dientes de los engranajes a la velocidad de rotación. Por eso, en bombas FBE, la cavitación está directamente relacionada con la viscosidad: cuanto más viscoso el fluido, menor debe ser la rotación para permitir el llenado completo de la cámara.
Datos prácticos del manual FBE (MTEC-01/01): para fluidos con 30 a 250 SSU, la rotación máxima es 1.750 rpm (transmisión directa). Para 2.500 a 7.500 SSU, baja a 850 rpm. Para 10.000 a 50.000 SSU, queda entre 500 y 300 rpm (con reductor). Por encima de 50.000 SSU, la rotación debe ser entre 300 y 150 rpm. Operar por encima de estos límites causa cavitación inmediata, independientemente del NPSH disponible.
6. Cavitación hidráulica: el mismo fenómeno más allá de las bombas
Cavitación hidráulica es el nombre genérico del fenómeno en cualquier sistema hidráulico — no es exclusividad de las bombas. Donde haya líquido acelerando y presión local cayendo por debajo de la presión de vapor, hay formación y colapso de burbujas: en la vena contracta de válvulas parcialmente cerradas, en la garganta de venturis y placas de orificio, en hélices navales y en los rodetes de turbinas hidráulicas.
La física es idéntica a la descrita en "Qué es la cavitación"; lo que cambia es solo la geometría donde ocurre la caída de presión.
En la industria hidroeléctrica, la cavitación es uno de los principales mecanismos de desgaste de turbinas Francis y Kaplan: las burbujas colapsan sobre los álabes del rodete y en el tubo de aspiración, y el control se hace en el diseño de la central — la altura de instalación de la turbina respecto al nivel de aguas abajo (sumergencia) se define para mantener la presión por encima del límite de cavitación, criterio expresado por el coeficiente de Thoma (σ).
El paralelo con bombas es directo: la sumergencia de la turbina cumple el mismo papel que el NPSHa de la instalación.
En plantas industriales, el punto ciego más común es la válvula de control: una válvula estrangulada justo antes de la bomba derrumba la presión de succión y fabrica una cavitación "de la instalación" que ningún cambio de bomba resuelve. Las válvulas en la línea de succión deben operar totalmente abiertas; el control de caudal pertenece a la descarga.
7. Checklist de prevención de cavitación — FB Bombas
Basado en la experiencia de campo de FB Bombas con operación industrial desde 1944, este checklist cubre los puntos de verificación para prevenir la cavitación: (1) Calcular NPSHa de la instalación y comparar con NPSHr del catálogo — mantener margen ≥ 0,5 m (centrífugas) o ≥ 1,0 m (engranajes con viscosos); (2) Dimensionar tubería de succión con velocidad ≤ 1,5 m/s para centrífugas y ≤ 0,5 m/s para engranajes con viscosos; (3) Minimizar longitud y accesorios en la línea de succión — cada codo 90° equivale a ~30 diámetros de tubo recto en pérdida de carga; (4) Instalar la bomba lo más cerca posible del reservorio de succión, preferentemente debajo del nivel del líquido (succión inundada); (5) Verificar que filtros de succión estén limpios con área de pasaje ≥ 3× el área de la tubería; (6) Controlar temperatura del fluido — enfriar antes de la bomba si es posible; (7) Para bombas de engranajes FBE: respetar rigurosamente la tabla de rotación máxima por rango de viscosidad; (8) Para bombas centrífugas FBCN: operar entre 0,15×Qopt y 1,1×Qopt (caudal óptimo) — operación fuera de este rango aumenta riesgo de cavitación y recirculación interna; (9) Verificar sellado de todas las conexiones en la línea de succión — entrada de aire es causa frecuente y difícil de diagnosticar; (10) Monitorear temperatura de cojinetes durante el arranque — temperatura superior a 90°C indica problemas que pueden estar asociados a la cavitación (referencia: manual FBEI, MAN001-10, procedimiento de arranque).
8. Cuándo consultar al ingeniero de aplicación
Si su bomba ya presenta síntomas de cavitación, el primer paso es reducir la rotación (si es posible) y verificar la línea de succión. Si los síntomas persisten, la ingeniería de aplicación de FB Bombas puede recalcular el NPSH de la instalación y recomendar: redimensionamiento de la tubería de succión, cambio de modelo o diámetro de la bomba, alteración de la velocidad de operación, o instalación de bomba booster en la succión. Contacto: comercial@fbbombas.com.br o WhatsApp +55 11 97287-4837.