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.