La cavitación es una amenaza oculta para  bomba de turbina vertical  Funcionamiento deficiente, lo que provoca vibración, ruido y erosión del impulsor, lo que puede provocar fallos catastróficos. Sin embargo, debido a su estructura única (longitudes de eje de hasta decenas de metros) y a su compleja instalación, las pruebas de rendimiento de cavitación (determinación del NPSHr) para bombas de turbina verticales plantean importantes desafíos.

I. Banco de pruebas de circuito cerrado: Precisión vs. Restricciones espaciales

1. Principios y procedimientos de prueba

• Equipo básico: Sistema de circuito cerrado (bomba de vacío, tanque estabilizador, medidor de flujo, sensores de presión) para un control preciso de la presión de entrada.

• Procedimiento:

· Fijar la velocidad y el caudal de la bomba.

· Reducir gradualmente la presión de entrada hasta que la carga caiga un 3% (punto de definición NPSHr).

· Registrar la presión crítica y calcular NPSHr.

• Precisión de datos: ±2%, conforme a las normas ISO 5199.

2. Desafíos de las bombas de turbina verticales

• Limitaciones de espacio: Las plataformas de circuito cerrado estándar tienen una altura vertical de ≤5 m, incompatible con bombas de eje largo (longitud típica del eje: 10–30 m).

• Distorsión del comportamiento dinámico: el acortamiento de los ejes altera las velocidades críticas y los modos de vibración, sesgando los resultados de las pruebas.

3. Aplicaciones industriales

• Casos de uso: Bombas de pozo profundo de eje corto (eje ≤5 m), I+D de prototipos.

• Estudio de caso: Un fabricante de bombas redujo el NPSHr en un 22 % después de optimizar el diseño del impulsor mediante 200 pruebas de circuito cerrado.

II. Banco de pruebas de bucle abierto: equilibrio entre flexibilidad y precisión

1. Principios de prueba

• Sistema abierto:Utiliza diferencias de nivel de líquido del tanque o bombas de vacío para controlar la presión de entrada (más simple pero menos preciso).

• Actualizaciones clave:

· Transmisores de presión diferencial de alta precisión (error ≤0.1% FS).

· Caudalímetros láser (precisión ±0.5%) que sustituyen a los tradicionales caudalímetros de turbina.

2. Adaptaciones de bombas de turbina verticales

• Simulación de pozos profundos: construir pozos subterráneos (profundidad ≥ longitud del pozo de la bomba) para replicar las condiciones de inmersión.

• Corrección de datos:El modelado CFD compensa las pérdidas de presión de entrada causadas por la resistencia de la tubería.

III. Pruebas de campo: Validación en el mundo real

1. Principios de prueba

• Ajustes operativos: module la presión de entrada mediante la regulación de la válvula o cambios de velocidad del VFD para identificar puntos de caída de presión.

• Fórmula clave:

NPSHr=NPSHr=ρgPin+2gvin2−ρgPv

(Requiere medir la presión de entrada Pin, la velocidad vin y la temperatura del fluido).

Procedimiento

Instale sensores de presión de alta precisión en la brida de entrada.

Cierre gradualmente las válvulas de entrada mientras registra el flujo, la altura y la presión.

Grafique la curva de presión de entrada frente a la de altura para identificar el punto de inflexión de NPSHr.

2. Retos y soluciones

• Factores de interferencia:

· Vibración de tuberías → Instalar soportes antivibratorios.

· Arrastre de gas → Utilice monitores de contenido de gas en línea.

• Mejoras de precisión:

· Promedio de múltiples mediciones.

· Analizar espectros de vibración (el inicio de la cavitación desencadena picos de energía de 1 a 4 kHz).

IV. Pruebas de modelos a escala reducida: perspectivas rentables

1. Fundamento de la teoría de la similitud

• Leyes de escala: Mantener una velocidad específica ns; escalar las dimensiones del impulsor como:

· QmQ=(DmD)3,HmH=(DmD)2

•Diseño del modelo:  Relaciones de escala de 1:2 a 1:5; replica materiales y rugosidad de la superficie.

2. Ventajas de las bombas de turbina verticales

•Compatibilidad espacial: Los modelos de eje corto se adaptan a los bancos de pruebas estándar.

• Ahorro de costos: Los costos de prueba se redujeron al 10-20% de los prototipos a escala real.

Fuentes de errores y correcciones

•Efectos de escala:  Desviaciones del número de Reynolds → Aplicar modelos de corrección de turbulencia.

•Rugosidad superficial:  Pula los modelos a Ra≤0.8μm para compensar las pérdidas por fricción.

V. Simulación digital: la revolución de las pruebas virtuales

1. Modelado CFD

•Proceso:

Construir modelos 3D de trayectoria de flujo completo.

Configurar modelos de flujo multifásico (agua + vapor) y cavitación (por ejemplo, Schnerr-Sauer).

Iterar hasta una caída de carga del 3 %; extraer NPSHr.

• Validación: Los resultados de CFD muestran una desviación ≤8% de las pruebas físicas en los estudios de casos.

2. Predicción de aprendizaje automático

• Enfoque basado en datos:  Entrene modelos de regresión sobre datos históricos; ingrese parámetros del impulsor (D2, β2, etc.) para predecir NPSHr.

• Ventaja: Elimina las pruebas físicas, reduciendo los ciclos de diseño en un 70%.

Conclusión: De la "conjetura empírica" ​​a la "precisión cuantificable"

Las pruebas de cavitación con bombas de turbina verticales deben superar la idea errónea de que las estructuras únicas impiden pruebas precisas. Mediante la combinación de plataformas de circuito cerrado y abierto, pruebas de campo, modelos a escala y simulaciones digitales, los ingenieros pueden cuantificar el NPSHr para optimizar los diseños y las estrategias de mantenimiento. A medida que las pruebas híbridas y las herramientas de IA avanzan, lograr visibilidad y control totales sobre el rendimiento de la cavitación se convertirá en una práctica habitual.