Cavitación y golpe de ariete (teoria básica)

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR
CAVITACIÓN
La cavitación es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido pasa a gran velocidad por una arista, produciendo una descompresión del fluido. Ocurre que se alcanza la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, máscorrectamente, cavidades.
El gas puede ser gas disuelto en el líquido considerado o normalmente vapor del propio líquido.
Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan produciendo una estela de gas y un rápido desgaste de la superficie que origina este fenómeno.
Se ha demostrado con cálculos que una burbuja en colapso rápido produce ondas de choque con presiones hasta de 410 MPa. Estaspresiones son capaces de superar el esfuerzo de fluencia de muchos de los materiales frecuentemente utilizados en tuberías, accesorios y turbomaquinaria por lo cual son capaces de deformarlos hasta la zona plástica.
El fenómeno generalmente va acompañado de ruido y vibraciones, dando la impresión de grava que golpea en las diferentes partes de la máquina o del tubo.
Un daño por cavitación tieneun 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, como se muestra esquemáticamente en la siguiente figura.

1. Se forma unaburbuja de cavilación sobre la película protectora.
2. El colapso de la burbuja causa la destrucción local de la película.
3. La superficie no protegida del metal está expuesta al medio corrosivo y se forma una nueva película por medio de una reacción de corrosión.
4. Se forma una nueva burbuja en el mismo lugar, debido a las aristas de la superficie irregular.
5. El colapso de la nueva burbujadestruye otra vez la película.
6. La película se forma de nuevo y el proceso se repite indefinidamente hasta formar huecos bastante profundos.












En contraste con la ebullición, la cual puede ser causada por la introducción de calor o por una reducción de la presión estática ambiente del líquido, la cavitación es una vaporización local del líquido, inducido por una reducciónhidrodinámica de la presión.

TIPOS DE CAVITACIÓN
1) Cavitación por flujo
Ocurre en tuberías donde el flujo alcanza valores próximos a la presión de vapor del mismo, tal como puede ocurrir en la garganta de un tubo Venturi, a la entrada del rodete de una bomba centrífuga o a la salida del rodete de una turbina hidráulica de reacción.
2) Cavitación por ondas
Aparecen cuando estando el líquidoen reposo por él se propagan ondas como las reposo, ondas, ultrasónicas denominándose Cavitación Acústica, o típicas ondas por reflexión sobre paredes o superficies libres debido a ondas de compresión o expansión fruto de explosiones y otras perturbaciones como en el caso del golpe de ariete, denominadas Cavitación por Shock.

SOLUCIONES A LA CAVITACIÓN
1) Eliminar las posibles turbulencias quese produzcan en las conducciones de agua.
2) Eliminar los gases disueltos en el agua.
3) Disminuir la velocidad del fluido.
4) Evitar que se produzcan cambios bruscos en el diámetro de las conducciones.



CAVITACIÓN EN VÁLVULAS
En el interior del cuerpo de una válvula de regulación, cuando se encuentra parcialmente cerrada, la velocidad local del flujo a su paso por el cierre puedealcanzar valores muy elevados. El incremento de la energía cinética del flujo en la zona del cierre de la válvula se consigue por intercambio con la energía de presión de modo que la presión, localmente, puede alcanzar los valores de la presión de vapor del agua.
Cualquier válvula de regulación puede alcanzar en su garganta presiones muy bajas, incluso negativas (en términos de presión manométrica)....