Orígenes y análisis del ruido de las bombas mecánicas

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Este mensaje fue modificado por última vez por yinkuilin6868 el 21-12-2015 a las 10:22. Fuentes de ruido mecánico: El ruido mecánico proviene de componentes o superficies en vibración, los cuales generan ondas de presión sonoras en el medio que los rodea. Por ejemplo, los pistones, las vibraciones asimétricas de rotación y las paredes del tubo que vibran. 　　En las bombas de desplazamiento, el ruido generalmente está relacionado con la velocidad de la bomba y con el número de pistones que tiene. Las pulsaciones del líquido son el principal tipo de ruido inducido mecánicamente; por su parte, estas pulsaciones también pueden provocar vibraciones mecánicas en las partes del sistema de bombas y tuberías. Los contrapesos del cigüeñal que no están en buen estado también pueden causar vibraciones según la velocidad de rotación; esto puede hacer que los pernos de sujeción se aflojen y generar ruidos provenientes de la base o de las guías. Otros ruidos están relacionados con el desgaste de las bielas, así como con los sonidos producidos por el desgaste de los pasadores de pistón o por los golpes del pistón. 　　En las bombas centrífugas, un acoplamiento instalado incorrectamente suele generar ruido a una velocidad dos veces mayor que la de la bomba (desalineación). Si la velocidad de rotación de la bomba se acerca o supera la velocidad crítica horizontal, entonces las altas vibraciones causadas por el desequilibrio, o el desgaste de los rodamientos, sellos o palas, pueden generar ruido. Si se produce desgaste, una de sus características puede ser el sonido agudo y estridente que emite. Los ventiladores de los motores eléctricos, las clavijas del eje y los pernos de los acoplamientos pueden generar ruidos por holguras. 　　Fuente de ruido líquido: Cuando las fluctuaciones de presión se generan directamente por el movimiento del líquido, la fuente de ruido es la fuerza hidrodinámica correspondiente. Las posibles fuentes de fuerza hidrodinámica incluyen la turbulencia, la separación de flujos líquidos (estado de vórtices), la cavitación, el golpe de ariete, la evaporación y la interacción entre la hélice y el ángulo de distribución del agua en la bomba. La presión y las fluctuaciones de flujo que se generan pueden ser, en cuanto a frecuencia, ya sea periódicas o de banda ancha; además, generalmente pueden provocar vibraciones mecánicas en la propia tubería o bomba. Luego, las vibraciones mecánicas pueden propagar ruido al entorno. 　　En general, existen cuatro tipos de fuentes de pulsaciones dentro de las bombas de líquidos: (1) componentes de frecuencia discreta generados por la paleta o el pistón de la bomba; (2) energía turbulenta de banda ancha causada por altas velocidades de flujo; (3) ruido intermitente generado por la cavitación, la ebullición y el efecto golpe de ariete, lo que da lugar a ruidos de banda ancha; (4) pulsaciones inducidas por el flujo cuando este pasa por obstáculos o ramificaciones laterales del sistema de tuberías. Estas pulsaciones pueden causar cambios en el espectro de flujo secundario y, por lo tanto, en las fluctuaciones de presión dentro de las bombas centrífugas. 　　Esto es especialmente cierto cuando se opera a caudales que no corresponden a las condiciones de diseño. Los números que se indican en las líneas de flujo representan la ubicación de los siguientes principios relacionados con el proceso de flujo: (1) Escape del flujo; (2) Recirculación (flujo secundario); (3) Ciclo de flujo; (4) Fugas; (5) Oscilaciones en el flujo inestable; (6) Estelas (vórtices); (7) Turbulencia; (8) Erocción por cavidad. Debido a la interacción entre las capas de flujo a alta y baja velocidad en el campo de flujo, la mayoría de estos tipos de flujos inestables generan vórtices. Esto puede ocurrir debido al flujo del líquido alrededor de obstáculos, o debido a zonas de agua estancada, o aún debido a flujos bidireccionales. Cuando estas corrientes giratorias chocan contra las paredes laterales, se convierten en fluctuaciones de presión, lo que puede causar oscilaciones locales en las tuberías o en las piezas de la bomba. La respuesta acústica del sistema de tuberías puede influir de manera significativa en la frecuencia y el amplitud de la difusión de las corrientes turbulentes. Los estudios han demostrado que, cuando la resonancia acústica del sistema coincide con la frecuencia natural o predominante de la fuente de ruido, las corrientes de turbulencia son las más intensas. 　　Cuando la bomba centrífuga funciona a un caudal menor o mayor que el que corresponde a su eficiencia óptima, por lo general se puede escuchar ruido alrededor de la carcasa de la bomba. El nivel y la frecuencia de este ruido varían de una bomba a otra, dependiendo del nivel de presión que genera la bomba en ese momento, de la relación entre el NPSH necesario y el NPSH disponible, así como del grado en que el flujo del líquido por la bomba se desvía del flujo ideal. A menudo se produce ruido cuando el ángulo de las palas de orientación de la entrada, así como el rotor y la carcasa (o difusor), no son adecuados para el caudal real. Además, se considera que la principal fuente de este ruido es el reciclaje. 　　Antes de que el líquido sea presurizado al pasar por la bomba centrífuga, debe atravesar una zona donde la presión no es mayor que la presión ya existente en la tubería de entrada. Esto se debe en parte a la aceleración del líquido al entrar en la entrada del rotor, y también a la separación del flujo de aire de las palas de dicha entrada. Si el caudal de V supera el caudal diseñado y el ángulo de las palas no es el correcto, se formarán vórtices de alta velocidad y baja presión. Si la presión del líquido disminuye hasta alcanzar la presión de vaporización, el líquido se evapora. Más tarde, la presión en esa zona aumentará. La implosión que se produce a continuación genera un ruido que suele denominarse cavitación. Por lo general, la formación de burbujas ocurre en el lado no sometido a presión de las palas del rotor. Esto no solo genera ruido, sino que también puede causar daños graves (corrosión de las palas). 　　Nivel de ruido medido en la carcasa de una bomba de 8000 hp (5970 kW), cerca de la tubería de entrada, durante la ocurrencia de cavitación. 　　La cavitación puede generar impactos de banda ancha en muchas frecuencias; sin embargo, en este caso, predomina la frecuencia común de las palas (el número de palas del rotor multiplicado por las revoluciones por segundo), así como sus múltiplos. Este tipo de ruido por cavitación suele generar sonidos de muy alta frecuencia; sería mejor denominarlo “sonido de explosión”. 　　El ruido causado por la erosión por cavitación también puede escucharse cuando el caudal es menor que el valor diseñado, e incluso cuando el NPSH en la entrada es mayor que el NPSH necesario para que funcione la bomba. Se trata de un problema bastante complicado de entender. La explicación propuesta por Fraser sostiene que este ruido de frecuencia muy baja y aleatoria, pero de alta intensidad, proviene del reflujo en la entrada o en la salida de la turbina, o en ambos lugares; además, cada bomba centrífuga presenta este tipo de recirculación cuando el caudal disminuye. El funcionamiento en condiciones de reciclaje daña el lado sometido a presión en la entrada y salida de las palas del rotor (también en las palas guía del carcasa). El aumento del ruido de tipo impacto y del ruido irregular, así como el incremento en las fluctuaciones de presión en la entrada y la salida cuando disminuye el caudal, pueden servir como evidencia de recirculación. 　　Los reguladores de presión automáticos o las válvulas de control de caudal pueden generar ruidos relacionados tanto con la turbulencia como con la separación del flujo de aire. Cuando estas válvulas funcionan bajo una caída de presión elevada, presentan velocidades de flujo altas que generan turbulencias significativas. Aunque el espectro de ruido generado es de banda muy ancha, en sus características se centra en frecuencias correspondientes a un número de Strouhal de aproximadamente 0,2. 　　Cavitación y destilación: En muchos sistemas de bombeo de líquidos, suele haber cierto grado de destilación, además de la cavitación relacionada con las válvulas de control de presión presentes en la bomba o en el sistema de transporte. Debido a las grandes pérdidas de flujo que ocurren debido a la restricción del flujo, una alta tasa de flujo provoca una cavitación aún más severa. 　　En la línea de succión de las bombas de volumen, el pistón puede generar pulsaciones de alta amplitud, las cuales se ven potenciadas por las propiedades acústicas del sistema. Esto hace que la presión dinámica alcance periódicamente la presión de vaporización del líquido, incluso cuando la presión estática en la entrada sea mayor que dicha presión. Cuando la presión de circulación aumenta, las burbujas se rompen, generando ruido e impacto en el sistema; además, esto puede causar corrosión y también produce un ruido molesto. 　　Es especialmente común que ocurra la evaporación en los sistemas de agua caliente (sistemas de bombas de suministro de agua) cuando el agua caliente y a alta presión pasa por un dispositivo de restricción de flujo (como una válvula de control de caudal), lo que provoca una disminución de la presión. Esta disminución de la presión hace que el líquido se vaporice de repente, es decir, por destilación flash, lo que genera un ruido similar al causado por la erosión por cavitation. Para evitar el fenómeno de destilación por estrangulamiento, se debe proporcionar una presión de retención suficiente. Por otro lado, se debe realizar una restricción de flujo en el extremo de la tubería, a fin de que la energía generada por la evaporación se distribuya en un espacio más amplio.