REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

DE LA FUERZA ARMADA

NÚCLEO ZULIA

INTEGRANTE:

BISMELE CHOURIO C.I: 18.743.534

DANIEL NAVEDA C.I:16.349.609

SECCION: 08IPED92

Maracaibo, 07-02-2014

CORROSIÓN DE CAVITACIÓN

DESARROLLO.

1. CORROSIÓN DE CAVITACIÓN

La cavitación es un fenómeno que 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. El fenómeno puede producirse lo mismo en estructuras hidráulicas estáticas (tuberías, Venturis, etc.), que en máquinas hidráulicas (bombas, hélices, turbinas).

Este fenómeno físico, en determinadas condiciones, el líquido pasa a estado gaseoso y unos instantes después pasa nuevamente a estado líquido.

2. DESCRIPCIÓN DE LA CAVITACIÓN

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.

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.

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.

3. CASO DE ESTUDIO:

Cavitación en una válvula de mariposa.

Condiciones de funcionamiento:Presión aguas arriba: 0.8 baresPresión aguas abajo: 0.1 baresVelocidad del fluido: 2.2 m/seg (referida al diámetro nominal)Tiempo en funcionamiento: 2 añosGrado de apertura del disco: aproximadamente.- 30°

Cavitación en una válvula de compuerta.

La válvula de compuerta no ha estado completamente cerrada y en la sección de paso la velocidad ha sido muy alta. Después de tres meses de funcionamiento el cuerpo de la válvula muestra los daños de la fotografía.

Cavitación en el pistón de una válvula de paso anular.

Pueden aparecer daños por cavitación debido a un mal dimensionado de una válvula reguladora, tal como puede verse en la fotografía adjunta.

Otros casos de estudio en donde se da la cavitación son:

Modelo de propulsor cavitando en un túnel de agua.

Daño por cavitación de una turbina Francis.

Desgaste producido por la cavitación en un rodete de una bomba centrífuga.

Otro ejemplo de desgaste producido por la cavitación en un rodete de una bomba centrífuga.

4. DAÑO POR CAVITACIÓN

El daño por cavitación es una forma especial de corrosión-erosión debido a la formación y al colapso de burbujas de vapor en un líquido cerca de una superficie metálica, que ocurre en turbinas hidráulicas, hélices de barcos, impulsores de bombas y otras superficies sobre las cuales se encuentran líquidos de alta velocidad con cambios de presión. Un daño por cavitación tiene un aspecto semejante a picaduras por corrosión, pero las zonas dañadas son más compactas y la superficie es más irregular en el caso de la cavitación. El daño por cavitación se atribuye parcialmente a efectos de desgaste mecánico. La corrosión interviene cuando el colapso de la burbuja destruye la película protectora, con los pasos siguientes:

Se forma una burbuja de cavitación sobre la película protectora.

El colapso de la burbuja causa la destrucción local de la película.

La superficie no protegida del metal está expuesta al medio corrosivo y se forma una nueva película por medio de una reacción de corrosión.

Se forma una nueva burbuja en el mismo lugar, debido al aumento de poder nucleante de la superficie irregular.

El colapso de la nueva burbuja destruye otra vez la película. La película se forma de nuevo y el proceso se repite indefinidamente hasta formar huecos bastante profundos.

5. PROTECCIÓN CONTRA DAÑOS DEBIDOS A CAVITACIÓN:

La resistencia a la erosión por cavitación del concreto se incrementa con la reducción de la relación agua-cemento, con el incremento de la resistencia a la compresión y a la tensión, con el vibrado del concreto o usando polvo de acero en la mezcla.

Las recomendaciones sobre el tamaño máximo de los agregados del concreto son muy variables, se considera además que el mejor agregado para estos casos es el granito.

Se puede proteger la superficie de concreto por medio de láminas de hule, sin embargo no existe forma de lograr buena adherencia entre las dos superficies, los recubrimientos se han hecho con base en pinturas que incrementan la vida del concreto de 3 a 20 veces, y su resistencia es de 10 a 20 veces menor que la de las láminas de acero.

La resistencia del concreto plástico hecho a base de resinas epóxicas y sin agregados, o con agregados de acero, es de 1.8 a 2.0 veces menor que la del acero al carbono, mientras que el concreto hecho a base de resinas de cloruro de polivilino, PVC, fue 1.5 veces más resistente que el acero dulce.

Un inadecuado proyecto del propulsor tiene gran influencia, sobre la aparición de fenómenos de cavitación que dan origen a vibraciones y ruidos

AMBIENTE:

Actualmente se sabe que la cavitación es debida principalmente a la acción mecánica de impactos rápidos, a manera de explosiones de las partículas de líquido, aunque no se descarta la posibilidad de acción química corrosiva, cuya naturaleza no se ha llegado a dilucidar por completo.

Los impactos que se generan son periódicos, es decir, se produce un fenómeno vibratorio que aumenta la erosión del material por fatiga.

La cavitación puede aparecer en el xilema de las plantas cuando el potencial del agua se hace tan grande que el aire disuelto dentro del agua se expande hasta llenar la célula de la planta. Las plantas generalmente son capaces de reparar los daños producidos por la cavitación, por ejemplo con la presión de bombeo de las raíces, en otro tipo de plantas como las vides la cavitación puede llevarlas a la muerte. En algunos árboles la cavitación es claramente audible.

PROCESOS:

La cavitación es un proceso físico que es muy parecido al de la ebullición, la diferencia es que la cavitación es causada por una caída de la presión local por debajo de la presión de vapor mientras que la ebullición lo hace por encima de la presión ambiente local.

6. 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.

-.Las acciones de tipo físico que pueden deteriorar al hormigón dando lugar a su desgaste superficial pueden ser de diferentes tipos tales como: hielo y deshielo; abrasión, cavitación y choques térmicos.

-.Uno de los cuidados que debe tener un ingeniero al seleccionar, las parte de una estación de bombeo, es la cavitación, 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.

-.En la ingeniería naval se estudia el fenómeno, 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 indetectable por las vibraciones y ruidos que la cavitación provoca en el casco y las hélices.

-.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 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.

7. EFECTOS DE LA CAVITACION:

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.

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 sobrepresiones (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).

EFECTO QUIMICO: Con la implantación de las burbujas se liberan iones de oxigeno que como sabemos atacan las superficies de los metales.

8. SUPERCAVITACION:

La supercavitación es la versión extrema de la cavitación en la que se forma una única burbuja de manera que envuelve el objeto en desplazamiento casi por completo.

Un cuerpo con supercavitación tiene una resistencia baja, porque la fricción sobre su superficie es casi inexistente. En lugar de estar rodeado de agua, se rodea del vapor del agua que se forma en la burbuja. Como el vapor tiene una densidad y viscosidad mucho menor que el agua líquida, el cuerpo puede avanzar mucho más rápido.La supercavitación es difícil de obtener, el cuerpo que quiera usarla debe estar moviéndose a una gran velocidad: al menos 180 km/h, según algunos expertos. Por otra parte, la forma de la cabeza también tiene que ser diferente, debería ser chata. Así a grandes velocidades el fluido es forzado a moverse desde el borde de la cabeza con tanta velocidad, en un ángulo especial, que no toca la superficie del cuerpo. Por eso, en un cuerpo supercavitatorio, solamente la cabeza causa una resistencia significativa, ya que es la única parte que está en contacto real con el agua líquida. Sin embargo, estamos ante una paradoja: cuando más chata sea la cabeza, más alta será la resistencia. Es por eso que hay que conseguir un punto medio, y las mejores cabezas son las que están ligeramente curvadas.

Por ejemplo, la supercavitación tiene aplicaciones militares como por ejemplo en los torpedos de supercavitación en los cuales una burbuja rodea al torpedo eliminando de esta manera toda fricción con el agua. Estos torpedos se pueden desplazar a altas velocidades bajo el agua, incluso hasta a velocidades supersónicas.

Torpedos con supercavitación