DEMOSTRACION DE CAVITACION

Procedimiento Experimental

Objetivo

Verificar como se produce la cavitación y como esta puede dañar nuestras tuberías

Método

Medir las tasas de flujo (CAUDAL) y las alturas de presión estática y total en un tubo

rígido convergente/divergente de una geometría conocida para un rango de tasas de flujo

estacionario, al aumentar el caudal en la tubería hasta que en esta se produzca la

cavitación

Equipamiento

A fin de completar la demostración del aparato de Bernoulli necesitamos los siguientes

equipos

- F1-28 Aparato de Demostración de la Cavitación

Datos Técnicos

Las siguientes dimensiones del equipo son usadas en los cálculos apropiados. Se

requiere estos valores deben ser comprobados como parte del procedimiento

experimental y reemplazados con sus propias mediadas.

Descripción:

Manómetros

Los siguientes manómetros de presión tipo Bourdon están conectados a tomas

correspondientes en la sección de prueba:

1) Manómetro aguas arriba: 63 mm de diámetro. Rango 0 a 2 bar

(manométrica)

2) Medidor de garganta: 100 mm de diámetro. Rango 0 a -1 bar (vacío)

(indicando 0 Bar a la presión atmosférica y -1

Bar a presión cero absoluto)

3) Manómetro aguas abajo: 63 mm de diámetro, rango 0-1 bar

(manométrica)

Otros

4) Placa de soporte

La sección de prueba y los tres manómetros Bourdon están montados en una placa

de soporte (4) con patas de goma que se sitúa en la parte superior del F1-10 Banco

Hidráulico.

5) Válvula de bola (Aguas abajo)

Una válvula de bola de un cuarto de vuelta (5) aguas abajo de la sección de prueba

permite que la presión estática en la sección de prueba se eleve - una técnica

utilizada para evitar que la cavitación se produzca.

Tenga en cuenta que la bola en la válvula está perforada para evitar daños en la

instrumentación que sería causado por la alta presión si la válvula se cierra

totalmente. Sin embargo, cuando se opera el equipo de la válvula debe ser ajustada

lentamente para evitar daños a los manómetros Bourdon

6) y 8) Conexiones Flexibles

El accesorio incluye los tubos flexibles necesarios y un conector roscado para

adaptarse a la salida de agua en la F1-10. El tubo flexible con el atornillado está

conectado al extremo izquierdo / de entrada (8) de la F1-28 y asegurada con un clip

de tornillo sin fin.

El tubo flexible plano está conectado al extremo del lado de salida a la derecha (6) de

la F1-28.

El conector roscado simplemente se atornilla en la salida en la parte superior del

canal moldeado en la F1-10 después de desenroscar el conector amarillo de

liberación rápida. Para ayudar a montar y desmontar el tubo flexible desde la toma de

corriente de F1-10, el tubo flexible puede ser retirado de la F1-28 desatornillando la

unión en línea (8) está incorporado en la válvula de diafragma (9). La unión incorpora

un anillo para asegurar un cierre hermético y sólo debe apretarse a mano.

7) Sección de prueba en forma de Venturi

La sección de prueba (7) incorpora un perfil circular en forma de Venturi y se fabrica

en material acrílico transparente para permitir la visualización completa de las

condiciones de flujo dentro de la sección. La sección de prueba incorpora tomas en la

parte trasera que permiten la presión estática aguas arriba de la contracción, en el

interior de la garganta y después de la expansión a medir. Cada punto está

conectado a un manómetro de Bourdon (1,2 y 3) de rango apropiado a través de un

tubo flexible.

La cavitación es un proceso destructivo y causa corrosión por picadura de límites

sólidos en contacto con el líquido. El uso a largo plazo de la F1-28 causaría glaseado

en la superficie interior de la sección de prueba. Sin embargo, los cortos períodos de

cavitación necesaria para demostrar este fenómeno no causará graves daños al

equipo.

9) Válvula de diafragma (aguas arriba)

Una válvula de diafragma múltiple (9) aguas arriba de la sección de prueba permite el

flujo a través de la sección de prueba para ser regulada sin aumentar la presión

estática en la sección de prueba, permitiendo la cavitación para demostrar claramente

que el flujo se incrementa. Cuando se opera el equipo, la válvula debe ser ajustada

lentamente para evitar daños a los medidores de Bourdon.

Operación

En caso necesario, consulte el dibujo en la página 2.

¿Qué es la cavitación?

Cavitación es el nombre dado para el fenómeno que ocurre en los límites sólidos de

corrientes de líquido cuando la presión del líquido es reducido a una presión absoluta que

iguala la presión de vapor del líquido a la temperatura predominante. La presión estática

en el líquido no puede caer debajo de la presión de vapor y cualquier intento de reducir la

presión bajo la presión de vapor simplemente causara que el líquido Cavite, (vaporizan)

más vigorosamente

Una vez que la presión estática es reducida a la presión de vapor un ruido de chasquidos

audibles se notará que se crea por generación de burbujas de vapor. Si los lados de la

tubería o contenedor son transparentes entonces un aspecto lechoso del líquido, causado

por la generación de burbujas de vapor, se puede ver como es el caso en la sección de

prueba en forma del Aparato de Venturi de Cavitación F1-28 Cavitation Demostración.

Aire disuelto en el agua creará burbujas de aire que se parecen a la cavitación, pero las

burbujas de aire serán expulsadas a una presión estática alta (encima de la presión de

vapor del líquido) La liberación de burbujas de aire no es por ningún medio tan violento

como la cavitación y un suave ruido es producido. En tanto la presión estática del líquido

es gradualmente reducido debajo de la presión atmosférica las primeras burbujas de aire

serán visibles seguido por una verdadera Cavitación cuando la presión de vapor del

líquido es alcanzado.

Las burbujas de vapor que se forma en la región de baja presión estática aguas abajo

hacia una región de presión más alta donde estas colapsan o explosionan.

Especificaciones

Dimensiones totales

Altura: 0.28 m

Ancho: 0.65 m (sin tubo flexible en entrada y salida)

Profundidad: 0.15 m (sin tubo flexible a los manómetros)

Conexión a un suministro de agua

El 28-F1 es usualmente operado en conjunto con un Banco Hidráulico F1-10, por

lo tanto no requiere una conexión permanente a un suministro de agua. Sin

embargo, si el F1-28 se utiliza de forma independiente de un F1-10 entonces, un

suministro de agua limpia a presión mínimo de 2 bar (presión manométrica) y una

velocidad de flujo de 0,4 litros / segundo será requerida.

4.3 Conexión a un drenaje

El 28-F1 se utiliza normalmente en conjunto con un Banco Hidráulico F1-10 por lo

tanto no se necesita una conexión permanente a un desagüe. Sin embargo, si el

F1-28 se utiliza de forma independiente de un F1-10 entonces un adecuado

desagüe también se requerirá para evacuar un flujo de agua de hasta 0,4 litros /

segundo.

4.4 Dimensiones de sección de pruebas

La sección acrílica en F1-28 se fabrica con una forma interna de Venturi de perfil

que tiene las siguientes dimensiones:

Diámetro aguas arriba 16 mm

Angulo de Contracción incluido 20°

Longitud de Contracción 33 mm

Diâmetro de la Garganta 4.5 mm

Longitud de la Garganta 20 mm

Angulo de Expansión incluido 12°

Longitud de la Expansión 55 mm

Diámetro aguas abajo 16 mm

Tabla – Presión de vapor del agua a diferentes temperaturas

Temperatura °C

Presiónde VaporkN/m2

Presiónde VaporBar (abs)

Temperatura °C

Presiónde VaporkN/m2

Presiónde VaporBar (abs)

45678910111213141516171819202122232425262728293031323334

0.81300.87200.93481.00151.07241.14771.22761.31231.40021.49741.59831.70511.81801.93752.06392.19742.33842.48722.64432.80992.98463.16863.36253.56663.78144.00744.24514.49494.75745.03325.3226

0.00810.00870.00930.01000.01070.01150.01230.01310.01400.01500.01600.01710.01820.01940.02060.02200.02340.02490.02640.02810.02980.03170.03360.03570.03780.04010.04250.04490.04760.05030.0532

35363837394042444648505254565860

5.62645.94516.27936.62966.99677.38128.20539.107510.09411.17112.34513.62315.01316.52218.16019.933

0.05630.05950.06280.06630.07000.07380.08210.09110.10090.11170.12350.13620.15010.16520.18160.1993

Resultado

Para cada ensayo calcular el caudal Q = Volumen/(Tiempo*1000) en m3/sec

Luego hacer una gráfica p2 versus el caudal Q para cada resultado.

Si la temperatura del agua es conocida, determine la presión de vapor del agua usando la

Tabla anterior. De los resultados determinar la mínima presión estática lograda en la

garganta de la sección de prueba y confirmar si está de acuerdo con la presión de vapor

del agua de la Tabla.

El análisis de las gráficas nos mostrará que el incremento del caudal (aumento de la

velocidad) en la sección de prueba origina un decremento en la presión estática (como se

predijo en la ecuación de Bernoulli) hasta que el agua alcanza su presión de vapor.

Los resultados obtenidos con la válvula de bola aguas abajo deberían mostrar que la

aparición de la cavitación se retrasa debido a la mayor presión estática en el sistema

(mayor caudal es posible antes que haya cavitación).

Si se requiere análisis adicional, las lecturas obtenidas se pueden utilizar para verificar

que la ecuación de Bernoulli es aplicable solo cuando la presión estática está por debajo

de la presión de vapor – No hay cavitación.

TABLA 1 (CAUDALES)

# tiempo (s)Volumen(m^3

)Caudal(m^3/

s)1 46,0 0,00210 0,00004572 29,0 0,00290 0,00010003 31,0 0,00400 0,00012904 23,0 0,00390 0,00016965 18,0 0,0038 0,0002116 20,0 0,0051 0,00025507 19,0 0,0053 0,00027898 13,0 0,0047 0,000362

TABLA 2 (PRESIONES ABSULUTAS Y ESTATICAS)

#Caudal(m^3/

s) P1 P2 P3 P1 abs P2 absP2

Estatica(m)1 0,0000457 0 -0,050 0 0,7530000 0,7030000 7,1662 0,0001000 0 -0,130 0 0,7530000 0,6230000 6,3513 0,0001290 0 -0,24 0 0,7530000 0,5130000 5,2294 0,0001696 0 -0,39 0 0,7530000 0,3630000 3,7005 0,0002111 0 -0,6 0 0,7530000 0,1530000 1,5606 0,0002550 0 -0,73 0 0,7530000 0,0230000 0,2347 0,0002789 0,19 -0,74 0 0,9430000 0,0130000 0,1338 0,0003615 1,15 -0,74 0 1,9030000 0,0130000 0,133

Comparando la presión a 18° C con la menor presión obtenida

P2 absP2

Estática(m)0.0130000 0.133

0.0206 0.210

0.7110000

0.6130000

0.5130000

0.3350000

0.1930000

0.1630000

0.0330000

0.0130000

0.0000000

0.0000500

0.0001000

0.0001500

0.0002000

0.0002500

0.0003000

0.0003500

Grafica Caudal vs. Presion

Conclusiones

Sus gráficas deben mostrar claramente cómo la presión en la garganta cae mientras el

flujo-velocidad del agua se incrementa como se predijo en la ecuación de Bernoulli.

También deben mostrar que la presión alcanza un valor mínimo que no puede ser

excedido a pesar de que la velocidad del agua aumenta. Describa la

formación/apariencia/sonido de la Cavitación y como ésta difiere desde la liberación de

aire desde el agua.

.Se forman unas burbujas que explosionan a gran velocidad, tienen una apariencia

de líquido blanco, su sonido es la de un crujido como si estuviera raspando la

tubería.

. Difieren en la velocidad y el sonido.

Explique por qué la cavitación aguas abajo de la garganta es visible a pesar de la baja

presión que se produce en el interior de la garganta.

. Por el flujo turbulento del agua y la gran velocidad con la que viene por el caudal.

Considere el efecto de la Cavitación si se permite que ocurra en un sistema hidráulico.

Comente sobre cualquier crujido presente en el sistema, por ejemplo en la válvula de

diafragma aguas arriba o la válvula de bola aguas abajo cuando está parcialmente

estrangulado.

. Este crujido que ocurre en la cavitación puede ser muy peligroso para nuestras

tuberías ya que la desgasta hasta que esta ya no funcione de la misma manera o

falle.

El ejercicio muestra que la cavitación puede prevenirse incrementando la presión estática

del fluido. Sin embargo, ésta técnica solo puede ser aplicada para atrasar el efecto y no

es eficiente como energía adicional / una bomba de mayor tamaño es necesario para

superar las pérdidas adicionales en el sistema. Por lo tanto mejor es mejor evitar la

cavitación con un diseño cuidadoso del sistema para eliminar cualquier velocidad alta,

presiones bajas o altas temperaturas que podrían dar lugar a la cavitación.