Erosión por cavitación

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Introducción

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). Por los efectos destructivos que en lasestructuras y máquinas hidráulicas mal proyectadas o mal instaladas produce la cavitación es preciso estudiar este fenómeno, para conocer sus causas y controlarlo. (Los constructores de bombas hidráulicas, por ejemplo, reciben con frecuencia reclamaciones y encargos de reposición

Descripción de la cavitación.

Cuando un líquido fluye a través de una región donde la presión es menor que su presiónde vapor, él liquido hierve y forma burbujas de vapor. 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, implotando bruscamente las burbujas. Este fenómeno se llama cavitación. Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared sólida cuando cambian de estado, las fuerzasejercidas 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 con diferentes partes de la máquina.

El fenómeno de la cavitación se explica con el mecanismo siguiente: si la presiónen un líquido como el agua 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 sedestruye (colapso de la burbuja). Cuando se repite este proceso con alta velocidad como por ejemplo -en el interior de una bomba de agua, se forman y se destruyen las burbujas rápidamente. Se demostró con cálculos que una burbuja en colapso rápido produce ondas de choque con presiones hasta de 410 MPa. Estas fuerzas ya son capaces de deformar varios metales hasta la zona plástica, lo que estácomprobado por la presencia de bandas de deslizamiento sobre partes de bombas o de otro equipo sujeto a cavitación.

En algunas situaciones la ebullición ocurre (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 en este por cavitación.

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 desgastemecánico. La corrosión interviene cuando el colapso de la burbuja destruye la película protectora, como se muestra esquemáticamente en la siguiente figura, con los pasos siguientes:

• Se forma una burbuja de cavilación 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...
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