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Páginas: 12 (2908 palabras)
Publicado: 7 de mayo de 2013
UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
DEPARTAMENTO DE SISTEMAS FLUIDOMECÁNICOS
ASIGNATURA: “MÁQUINAS HIDRÁULICAS”
PROFESOR: ING. ÁLVARO ANTONIO AGUILAR ORANTES.
“CAVITACIÓN”
1.0 Origen de la cavitación
Si las máquinas que trabajan con aire, gas o vapor, están sujetas a fenómenos elásticos a causa de ser estos fluidoscompresibles, las máquinas hidráulicas no sufren este problema, pues el agua es un fluido prácticamente incompresible dentro de las condiciones de trabajo en las mismas. Sin embargo, tienen también limitada su velocidad por la cavitación.
La cavitación se define como: “la vaporización local de un líquido debido a las reducciones locales de presión, a causa de ciertas condiciones dinámicas delfluido, como pueden ser una alta velocidad relativa y consecuentemente una reducción de la presión local hasta el valor de la presión de vapor a la temperatura actual del líquido”. Estas condiciones suelen presentarse, en la parte convexa de los álabes que confinan la zona de succión de una bomba o de descarga de una turbina; así como, en la región periférica del rodete móvil donde las velocidadestangenciales son altas. En general, en todo punto en donde se produzca una aceleración local suficiente para reducir la presión al valor de la de vaporización.
El fenómeno de cavitación ha sido objeto de muchos estudios y su explicación es aún motivo de controversia. Una teoría expuesta por Harvey y desarrollada más tarde por Knopp, sostiene que en el seno del líquido se encuentra un número denúcleos gaseosos pequeños e indisolubles, localizados en cavidades de pequeñas partículas sólidas no mojadas tales como polvo. Estos núcleos constituyen discontinuidades en la masa líquida y le impiden soportar tensión, comenzando la cavitación. Un líquido perfectamente homogéneo, mantiene una tensión alta y soporta un estado metaestable aunque descienda la presión al valor de la devaporización, de acuerdo con la temperatura actual del líquido. Los núcleos más grandes acentuarán la discontinuidad y acelerarán la cavitación. La presencia de una capa de contorno parece facilitar este crecimiento. Esta teoría, aunque tentativa, explica varios tipos de cavitación que ocurren en condiciones semejantes, no solamente respecto a las propiedades macroscópicas del cuerpo inmerso en el líquido,sino también respecto a las propiedades microscópicas del mismo líquido.
Una burbuja de vapor formada por una reducción local de la presión, eventualmente se destruye cuando es arrastrada a una zona de presión mayor. Este colapso instantáneo de la burbuja produce una onda de presión que se transmite a través del líquido, alcanzando la superficie del material del álabe (nótese, que la mayorvelocidad relativa, se tiene precisamente en las proximidades de los contornos). Asociada con la alta presión de impacto se tiene una temperatura local elevada, la combinación de las cuales puede ser suficiente para deteriorar el material. La acción química se ha querido señalar como acusa del ataque metálico, pero aunque puede ser un factor que contribuya a la erosión del álabe, se ha observadoque los efectos de cavitación se presentan aun en materiales neutros como plomo y vidrio.
La cavitación es esencialmente un proceso instable, ya que la onda de presión debida al colapso de la burbuja, eleva momentáneamente el nivel de presión local, con lo que la cavitación cesa. El ciclo se repite y la frecuencia puede ser muy alta (hasta por encima de 25,000 cps). Se entiende que bajo talescondiciones de fluctuación, el líquido es sacudido y empujado hacia los poros del metal, produciendo compresiones locales que sobrepasan la resistencia del material y dañan las áreas afectadas.
Una idea fundamental de los factores que intervienen puede obtenerse al establecer la ecuación de Bernoulli para un punto del flujo en el sistema absoluto:
p + v2 + z + ∑ ΔHr = constante...
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA
DEPARTAMENTO DE SISTEMAS FLUIDOMECÁNICOS
ASIGNATURA: “MÁQUINAS HIDRÁULICAS”
PROFESOR: ING. ÁLVARO ANTONIO AGUILAR ORANTES.
“CAVITACIÓN”
1.0 Origen de la cavitación
Si las máquinas que trabajan con aire, gas o vapor, están sujetas a fenómenos elásticos a causa de ser estos fluidoscompresibles, las máquinas hidráulicas no sufren este problema, pues el agua es un fluido prácticamente incompresible dentro de las condiciones de trabajo en las mismas. Sin embargo, tienen también limitada su velocidad por la cavitación.
La cavitación se define como: “la vaporización local de un líquido debido a las reducciones locales de presión, a causa de ciertas condiciones dinámicas delfluido, como pueden ser una alta velocidad relativa y consecuentemente una reducción de la presión local hasta el valor de la presión de vapor a la temperatura actual del líquido”. Estas condiciones suelen presentarse, en la parte convexa de los álabes que confinan la zona de succión de una bomba o de descarga de una turbina; así como, en la región periférica del rodete móvil donde las velocidadestangenciales son altas. En general, en todo punto en donde se produzca una aceleración local suficiente para reducir la presión al valor de la de vaporización.
El fenómeno de cavitación ha sido objeto de muchos estudios y su explicación es aún motivo de controversia. Una teoría expuesta por Harvey y desarrollada más tarde por Knopp, sostiene que en el seno del líquido se encuentra un número denúcleos gaseosos pequeños e indisolubles, localizados en cavidades de pequeñas partículas sólidas no mojadas tales como polvo. Estos núcleos constituyen discontinuidades en la masa líquida y le impiden soportar tensión, comenzando la cavitación. Un líquido perfectamente homogéneo, mantiene una tensión alta y soporta un estado metaestable aunque descienda la presión al valor de la devaporización, de acuerdo con la temperatura actual del líquido. Los núcleos más grandes acentuarán la discontinuidad y acelerarán la cavitación. La presencia de una capa de contorno parece facilitar este crecimiento. Esta teoría, aunque tentativa, explica varios tipos de cavitación que ocurren en condiciones semejantes, no solamente respecto a las propiedades macroscópicas del cuerpo inmerso en el líquido,sino también respecto a las propiedades microscópicas del mismo líquido.
Una burbuja de vapor formada por una reducción local de la presión, eventualmente se destruye cuando es arrastrada a una zona de presión mayor. Este colapso instantáneo de la burbuja produce una onda de presión que se transmite a través del líquido, alcanzando la superficie del material del álabe (nótese, que la mayorvelocidad relativa, se tiene precisamente en las proximidades de los contornos). Asociada con la alta presión de impacto se tiene una temperatura local elevada, la combinación de las cuales puede ser suficiente para deteriorar el material. La acción química se ha querido señalar como acusa del ataque metálico, pero aunque puede ser un factor que contribuya a la erosión del álabe, se ha observadoque los efectos de cavitación se presentan aun en materiales neutros como plomo y vidrio.
La cavitación es esencialmente un proceso instable, ya que la onda de presión debida al colapso de la burbuja, eleva momentáneamente el nivel de presión local, con lo que la cavitación cesa. El ciclo se repite y la frecuencia puede ser muy alta (hasta por encima de 25,000 cps). Se entiende que bajo talescondiciones de fluctuación, el líquido es sacudido y empujado hacia los poros del metal, produciendo compresiones locales que sobrepasan la resistencia del material y dañan las áreas afectadas.
Una idea fundamental de los factores que intervienen puede obtenerse al establecer la ecuación de Bernoulli para un punto del flujo en el sistema absoluto:
p + v2 + z + ∑ ΔHr = constante...
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