Cavitacion

Sandra García Rivera
Cavitación

Cuando un líquido fluye por una región donde la presión se reduce a su presión de vapor, el líquido ebulle y se forman paquetes de vapor. Las burbujas de vapor se mueven con el líquido hasta llegar a una región de alta presión, donde colapsan de manera súbita. Este proceso se conoce como cavitación. Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o en contacto conuna frontera sólida cuando colapsan, las fuerzas que se ejercen por el flujo hacia las cavidades crean presiones locales muy altas que causan perforaciones en la superficie sólida. El fenómeno esta acompañado por ruido y vibraciones que se asemejan a aquellos que producen las gravas al pasar por una bomba centrifuga. En un líquido que fluye, el parámetro de cavitación, σ, es útil paracaracterizar la susceptibilidad del sistema a la cavitación. Se define mediante
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p es la presión absoluta en el punto de interés, pv es la presión de vapor del líquido,ρ es la densidad del líquido y V es la velocidad no perturbada, o de referencia. El parámetro de cavitación es una forma de coeficiente de presión. Dos sistemas geométricamente similares deberían comportarse de igual forma conrespecto a la cavitación o tener el mismo grado de cavitación para el mismo valor de s. Cuando σ = 0, la presión se reduce a la presión de vapor y ocurrirá la ebullición.
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Tabla de vapor de agua que muestra como la temperatura de fusión del agua está en función de la presión del medio.

El fenómeno de la cavitación se explica con el mecanismo siguiente: si la presión en un líquido como elagua baja suficientemente, empieza a hervir a temperatura ambiente. Consideremos un cilindro lleno de agua y tapado con un pistón en contacto con el agua. Si se mueve el pistón en dirección fuera del agua, se reduce la presión y el agua se evapora formando burbujas de vapor, si ahora bajamos el pistón hacia el agua la presión aumenta, el vapor se condensa y la burbuja se destruye.

Una manera deproducir cavitación es denotada en la ecuación de Bernoulli. Si la velocidad del fluido se incrementa (por ejemplo en una reducción de área), la presión descendería. Este descenso de presión al acelerar el líquido podría ser menor que la presión de saturación de vapor de dicho fluido. Un ejemplo de cavitación puede ser mostrado en el siguiente diagrama:

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En algunas situaciones la ebulliciónocurre (cuando la temperatura no necesariamente es muy alta)    , formando burbujas de vapor, entonces estas se colapsan cuando el fluido las arrastra a una zona de mayor presión (con una velocidad menor). Este proceso puede introducir efectos dinámicos (implosión), si la burbuja se colapsa cerca de una pared de un dispositivo hidráulico esta podría, luego de un periodo de tiempo, causar daños eneste por cavitación.

Cavitación en bombas centrifugas

La cavitación define un límite a la carga contra la cual una bomba puede trabajar satisfactoriamente. La carga limitante depende de la velocidad especifica de la bomba y de la altura de succión hz ( diferencia de elevaciones entre la línea de energía de succión y el ojo del impulsor )

Las cargas limites recomendadas para bombascentrifugas de un solo paso y succión simple se muestran en la tabla.
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Cargas límites recomendadas para bombas de succión simple de un solo paso, como función de la velocidad especifica y de la altura de succión. Al nivel del mar con temperatura del agua a 80 º F
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Croquis de definición para la carga desarrollada por una bomba.

La bomba de hélice es más vulnerable a la cavitación queotras bombas, debido a su alta velocidad y, por tanto esta restringida a cargas más bien bajas.
Para las bombas, el parámetro de la cavitación esta definido por
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donde ps es la presión absoluta, NPSH, carga neta positiva de succión, es la diferencia entre la carga absoluta total en el lado de la succión de la bomba y la carga de presión del vapor. Para cualquier bomba dada hay un...