El ruido de las bombas siempre ha sido un dolor de cabeza para los clientes. Ya sea que se deba a un mal funcionamiento o al ruido inherente de la propia bomba, creo que muchos clientes se encontrarán con estos problemas al utilizar la bomba. Hoy, Lutsee le explicará las fuentes más comunes del ruido de las bombas.
El ruido mecánico se origina en componentes o superficies vibratorias que producen fluctuaciones de presión audibles en los medios adyacentes. Por ejemplo, pistones, vibraciones desequilibradas causadas por la rotación y paredes de tuberías vibrantes.
En las bombas de desplazamiento positivo, el ruido generalmente está asociado con la velocidad de la bomba y la cantidad de pistones en la bomba. La pulsación del líquido es el principal ruido mecánico inducido y, a la inversa, estas pulsaciones también pueden provocar vibraciones mecánicas en los componentes del sistema de tuberías y bombas. Los contrapesos incorrectos del cigüeñal también pueden causar vibraciones de acuerdo con la velocidad de rotación, lo que puede aflojar los pernos de la base y producir un sonido de golpeteo en la base o el riel guía. Otros ruidos están relacionados con el sonido de bielas desgastadas, pasadores de pistón desgastados o golpes de pistón.
En las bombas centrífugas, los acoplamientos instalados incorrectamente suelen producir ruido (desalineación) al doble de la velocidad de la bomba. Si la velocidad de la bomba se acerca o supera la velocidad crítica del nivel, puede producirse una vibración elevada causada por el desequilibrio o el ruido generado por el desgaste de los cojinetes, los sellos o el impulsor. Si se produce desgaste, su característica puede ser la emisión de silbidos agudos. Los ventiladores de los motores eléctricos, las chavetas de los ejes y los pernos de acoplamiento pueden producir ruido de holgura.
Fuente de ruido líquido
Cuando las fluctuaciones de presión son generadas directamente por el movimiento del líquido, la fuente de ruido es proporcional a la dinámica de fluidos. Las posibles fuentes de energía de fluidos incluyen turbulencia, separación del flujo de líquido (estado de vórtice), cavitación, golpe de ariete, evaporación instantánea y la interacción entre el impulsor y el ángulo de separación de la bomba. Las pulsaciones de presión y flujo causadas pueden ser periódicas o de banda ancha en frecuencia, y generalmente pueden excitar vibraciones mecánicas en las tuberías o en las propias bombas. Luego, las vibraciones mecánicas pueden difundir el ruido en el medio ambiente.
Generalmente, hay cuatro tipos de fuentes de pulsación en las bombas de líquido:
(1) Componentes de frecuencia discretos generados por el impulsor o el pistón de la bomba
(2) Energía de turbulencia de banda ancha causada por alta velocidad de flujo
(3) La oscilación intermitente del ruido de banda ancha causada por cavitación, evaporación instantánea y golpe de ariete constituye ruido de impacto.
(4) Cuando el flujo de líquido pasa a través de obstáculos y afluentes laterales del sistema de tuberías, los vórtices periódicos pueden causar pulsaciones inducidas por el flujo, que pueden dar lugar a cambios secundarios en el espectro de flujo de fluctuaciones de presión en la bomba centrífuga.
Esto es especialmente cierto cuando se opera en condiciones de flujo distintas a las de diseño. Los números que se muestran en la línea de corriente indican la posición de los siguientes principios del proceso de flujo:
Debido a la interacción de la capa límite entre las regiones de alta y baja velocidad en el campo de flujo, la mayoría de estos patrones de flujo inestables generan vórtices, por ejemplo, causados por el flujo de líquido alrededor de obstáculos o a través de zonas de agua estancada, o por flujo bidireccional. Cuando estos vórtices impactan la pared lateral, se transforman en fluctuaciones de presión y pueden causar oscilaciones locales en tuberías o componentes de bombas. La respuesta acústica de los sistemas de tuberías puede afectar fuertemente la frecuencia y amplitud de la difusión de corrientes parásitas. Las investigaciones han demostrado que cuando la resonancia del sonido en el sistema es consistente con la frecuencia natural o preferida de la fuente de ruido, las corrientes parásitas son fuertes.
Cuando la bomba centrífuga funciona a un caudal inferior o superior a la eficiencia óptima, suele oírse 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 generada por la bomba en ese momento, la relación entre la NPSH requerida y la NPSH disponible y el grado en que el fluido de la bomba se desvía del caudal ideal. Cuando el ángulo de los álabes guía de entrada, el impulsor y la carcasa (o difusor) no son adecuados para el caudal real, suele producirse ruido. También se considera que la principal fuente de este ruido es la recirculación.
Antes de que el líquido fluya a través de la bomba centrífuga y se presurice, debe pasar por un área con una presión no mayor que la presión existente en la tubería de entrada. Esto se debe en parte al efecto de aceleración del líquido que ingresa a la entrada del impulsor, así como a la separación del flujo de aire de las paletas de entrada del impulsor. Si el caudal V excede el caudal de diseño y el ángulo de las paletas que lo acompaña es incorrecto, se formarán vórtices de alta velocidad y baja presión. Si la presión del líquido cae a la presión de vaporización, el gas líquido se evaporará. La presión dentro del pasaje aumentará más tarde. La implosión posterior causa ruido comúnmente conocido como cavitación. Por lo general, la ruptura de las bolsas de aire en el lado sin presión de las paletas del impulsor no solo causa ruido, sino que también plantea serios peligros (corrosión de las paletas).
El nivel de ruido medido en la carcasa de una bomba de 8000 hp (5970 kW) y cerca de la tubería de entrada durante la cavitación.
La generación de cavitación puede provocar impactos de banda ancha de muchas frecuencias; sin embargo, en este caso, predomina la frecuencia común de las palas (el número de palas del impulsor multiplicado por el número de revoluciones por segundo) y sus múltiplos. Este tipo de ruido de cavitación suele producir un ruido de muy alta frecuencia, mejor conocido como "ruido de explosión".
El ruido de cavitación también puede oírse cuando el caudal es inferior a la condición de diseño, o incluso cuando la NPSH de entrada disponible supera la NPSH requerida por la bomba, lo que constituye un problema muy desconcertante. La explicación propuesta por Fraser sugiere que este ruido de frecuencia irregular muy baja pero de alta intensidad se origina en el reflujo en la entrada o salida del impulsor, o en dos lugares, y cada bomba centrífuga experimenta esta recirculación en una determinada condición de disminución del caudal. El funcionamiento en condiciones de recirculación daña la entrada y la salida de las palas del impulsor (así como el lado de presión de los álabes guía de la carcasa). El aumento de la sonoridad del ruido impulsivo, el ruido irregular y el aumento de la pulsación de presión de entrada y salida cuando disminuye el caudal pueden servir como evidencia de recirculación.
Los reguladores automáticos de presión o válvulas de control de flujo pueden generar ruido relacionado con la turbulencia y la separación del flujo de aire. Cuando estas válvulas funcionan bajo una caída de presión severa, tienen caudales altos que generan una turbulencia significativa. Aunque el espectro de ruido generado es de banda muy ancha, sus características se centran en una frecuencia con un número de Strouhal correspondiente de aproximadamente 0.2.
Cavitación y evaporación instantánea
En muchos sistemas de bombeo de líquidos, suele haber cierta evaporación instantánea y cavitación relacionada con las válvulas de control de presión en la bomba o el sistema de suministro. Debido a la pérdida significativa de caudal causada por el estrangulamiento, los caudales más altos dan lugar a una cavitación más grave.
En la línea de succión de una bomba de desplazamiento positivo, el pistón puede generar pulsaciones de gran amplitud y verse potenciado por el rendimiento acústico del sistema, haciendo que la presión dinámica alcance periódicamente la presión de vaporización del líquido, aunque la presión estática en el puerto de succión pueda ser mayor que esta presión. Cuando la presión de circulación aumenta, las burbujas se rompen, produciendo ruido e impactando el sistema, lo que puede provocar corrosión y también producir ruidos desagradables.
Cuando la presión del agua caliente presurizada disminuye a través de la regulación (como las válvulas de control de flujo), la evaporación instantánea es particularmente común en los sistemas de agua caliente (sistemas de bombas de alimentación). La disminución de la presión hace que el líquido se vaporice repentinamente, es decir, la evaporación instantánea, lo que produce un ruido similar a la cavitación. Para evitar la evaporación instantánea después de la regulación, se debe proporcionar una contrapresión suficiente. Por otro lado, la regulación se debe aplicar al final de la tubería para dispersar la energía de la evaporación instantánea en un espacio más grande.