LA CAVITACION
Es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido
pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del
fluido. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma
que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor,
formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas
viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de
manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela
de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno.
Es un porceso fisico que es muy parecido al de la ebullición, la diferencia es que la
cavitacion es causada por una caída de la presión local por debajo de la presión
de vapor mientras que la ebullicion lo hace por encima de la presion ambiente
local.
PROBLEMAS DE LA CAVITACION EL LA INGENIERIA
-.Las disgregaciones son roturas que se producen en el interior del hormigón por
tracciones internas que el hormigón no puede resistir. Pueden producirse por
causas muy diversas.
-.Las acciones de tipo físico que pueden deteriorar al hormigón dando lugar a su
desgaste superficial o a su pérdida de integridad o disgregación pueden ser de
diferentes tipos tales como: hielo y deshielo; abrasión, cavitación y choques
térmicos.Desgaste superficial por cavitación El fenómeno de cavitación ataca a la
superficie del hormigón en forma de picaduras que posteriormente se unen en
zonas erosionadas amplias. Se trata de un arrancamiento progresivo del
hormigón.
-.Uno de los cuidados que debe tener un ingeniero (Principalmente cómo ocurre
en el hormigón o concreto). al seleccionar, las parte de una estación de bombeo,
es la cavitación, este fenómeno producido normalmente en las salidas de los
alabes del rotor de una bomba y en las paredes de la tubería es desfavorable,
debido a que causa daños y aumenta el costo de mantenimiento. Por esta razón el
presente trabajo tratara de exponer en sus posibilidades de una manera clara y
amplia el fenómeno de la cavitación.
-.En la ingeniería naval se estudia el fenomeno, para el diseño de todo tipo de
barcos debido a que acorta la vida útil de algunas partes tales como las hélices y
los timones.
-.En los submarinos, este efecto es todavía más estudiado, evitado e indeseado,
puesto que imposibilita a estos navíos de guerra mantener sus características
operativas de silencio e indetectabilidad por las vibraciones y ruidos que la
cavitación provoca en el casco y las hélices.
-.El colapso de las cavidades supone la presencia de gran cantidad de energía
que puede causar enorme daño.
-.La cavitación puede dañar casi cualquier material. Las picaduras causadas por el
colapso de las cavidades producen un enorme desgaste en los diferentes
componentes y pueden acortar enormemente la vida de la bomba o hélice.
-.La creación y posterior colapso de las burbujas crea fricción y turbulencias en el
líquido. Esto contribuye a una pérdida adicional de rendimiento en los dispositivos
sometidos a cavitación.
-.La cavitación se presenta también en el fondo de los ríos donde se genera a
partir de irregularidades del lecho disociando el agua y el aire. Ambos son
sometidos a presiones, dando lugar, este último, a burbujas que, con la fuerza del
agua, se descomponen en tamaños microscópicos, saliendo disparadas a gran
velocidad. Esto provoca un fuerte impacto en el lecho que puede ser de hasta 60
t/m². Su importancia radica en la constancia y repetición del fenómeno, lo que
favorece su actuación. La cavitación es un proceso erosivo frecuente en los pilares
de los puentes.
La cavitación, ocurre en el momento en que un liquido es sometido a una presión
(P1) igual o menor que su presión de vaporización (Pv) instantes después es
regresado a una presión mayor (P2), a la presión de vapor de este. En el intervalo
de estos dos sucesos se forman pequeños burbujas de estado gaseosos, las
cuales al ser comprimidas por la presión mayor (P2), dejan un espacio
ocasionando que las pequeñas partes en estado liquido se aceleren y choquen
unas con otras.
Además se sabe que los árboles succionan la savia sometiéndolas a esfuerzos de
tensión, pero nadie a podido explicar este fenómeno, sin embargo si sometemos
un liquido a esfuerzos de tensión reduciéndole la presión entrara en ebullición si
esta es demasiada baja, de hay la importancia de cuidar la presión de succión en
las bombas.
En la naturaleza el mercurio es uno de los metales líquidos mas excepcionales
debido entre otras cosas a su punto de evaporización en 20 ºC ocurre a 0.168 Pa,
debido a esto es que es muy aplicado en la instrumentación por que su punto de
vaporización esta muy bajo, comparado con el del agua el cual ocurre en la misma
temperatura a 2337 Pa, sin embargo por ser este ultimo el fluido mas común vale
la pena realizar un análisis de las condiciones de trabajo de este con el fin de
evitar en las bombas una presión menor a la de vaporización.
EFECTOS DE LA CAVITACION
Como ya se ha mencionado la cavitación ocurre en las bombas, aunque también
sucede en los ductos sobre todo donde se encuentran reducciones seguidas de
ampliaciones bruscas, (tubos venturi) estos efectos se pueden transmitir a las
demás partes del equipo de bombeo reduciendo la eficiencia y pudiendo causar
serios daños como la corrosión de partículas de metal (pitting)
Cuando las burbujas de vapor se implotan se produce una especie de martilleo lo
que produce un deterioro en las paredes de la carcaza, de las palas del impulsor
el cual el daño esta en función de la proximidad en que se encuentran estas
implosiones.
Los efectos que tiene sobre la maquinaria de bombeo son:
EFECTO MECANICO: Con las implosiones se decrecen los diámetros de las
burbujas, las partículas en estado liquido se aceleran y se desplazan hacia el
centro de estas burbujas chocando entre si, estos choques provocan
sobrepesiones (golpe de ariete) que se propagan en todas las direcciones
afectando principalmente a las ranuras de las superficies metálicas por lo que en
muy poco tiempo pueden ocasionar daños a la estructura de la maquina (rotor).
Los golpeteos los cuales al ser muy fuertes dan la impresión que la bomba acarrea
grava causan un desequilibrio en la maquina dañando las uniones de los tubos
con esta, así como aflojan las partes que la sostienen. Además los martilleos en
ocasiones son tan fuertes que producen ruidos los cuales pueden ser molestos
durante la operación de la bomba.
Y el problema y quizás el mas importante es el de la reducción de la eficiencia de
la bomba con el cual el nosotros como futuros ingenieros estamos obligados a
seleccionar o diseñar de la manera mas eficiente, con lo cual debemos de tener un
criterio amplio para evitar el fenómeno de la cavitación. Entre las bombas más
supcebtibles a este fenómeno están las que tiene lados convexos y sobre todo en
la parte trasera en donde pueden tener un área localizada que propicie la
cavitación.
EFECTO QUIMICO: Con la implotación de las burbujas se liberan iones de
oxigeno que como sabemos atacan las superficies de los metales.
DESCRIPCIÓN DEL FENÓMENO
La cavitación se produce siempre que la presión en algún punto o zona de la
corriente de un líquido desciende por debajo de un cierto valor mínimo admisible.
Esta baja que sufre la presión es debida a los efectos dinámicos de un líquido al
escurrir, siguiendo fronteras curvas o alrededor de cuerpos sumergidos.
El fenómeno consiste en un cambio rápido y explosivo de fase líquida a vapor. Si
el liquido fluye a través de una región donde la presión es menor que su presión
de vapor, éste hierve y forma burbujas. Estas burbujas son transportadas por el
líquido hasta llegar a una región de mayor presión, donde el vapor regresa al
estado líquido de manera súbita aplastándose bruscamente las burbujas. Este
fenómeno se llama CAVITACIÓN
Cuando un líquido fluye a través de una región donde la presión es menor que su
presión de vapor, el líquido hierve y forma burbujas de vapor.
Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared sólida
cuando cambian de estado, las fuerzas ejercidas por el líquido al aplastar la
cavidad dejada por el vapor dan lugar a presiones localizadas muy alto,
ocasionando picaduras sobre la superficie sólida.
El fenómeno generalmente va acompañado de ruido y vibraciones, dando la
impresión de que se tratara de grava que golpea en las diferentes partes de la
máquina.