Cavitación y golpe de ariete

Introducción
La cavitación es un fenómeno muy importante de la mecánica de fluidos y es de especial importancia en el funcionamiento de toda máquina hidráulica.
En los últimos años, la tecnología del diseño de turbinas y bombas centrífugas ha avanzado enormemente, el cual, sumado a los incrementos en los costos de fabricación, ha llevado a desarrollar equipos con mayores velocidadesespecíficas para minimizar esta influencia.
El fenómeno produce lo mismo, tanto en estructuras hidráulicas estáticas (tuberías, venturis, etc.) como en máquinas hidráulicas (bombas, hélices, turbinas).
Lo más grave, es que es altamente destructivo y por eso es importante estudiarlo para conocer sus causas y controlarlo.
Nosotros, como futuros ingenieros, debemos estar preparados para contrarrestar losdaños producidos por la cavitación y golpe de ariete, seleccionando la turbina o bomba adecuada que brinde el mayor rendimiento con la menor inversión.
Finalmente, espero que mi investigación ayude a los estudiantes a entender un poco más sobre estos fenómenos (daños, ventajas, etc.). Empezaremos con el fenómeno de Cavitación…

Cavitación
Definición
Es un efecto hidrodinámico que se producecuando 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 vaporregresa 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 proceso físico que es muy parecido al de la ebullición, la diferencia es que la cavitación es causada por una caída de la presión local por debajo de la presión de vapor mientras que la ebullición lo hacepor encima de la presión ambiente local.

Descripción
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 uncambio 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.
Cuando un líquido fluye a travésde 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, y esto, desgraciadamente, ocasiona picaduras sobre lasuperficie sólida.
Muchos efectos trae aparejado el colapso de la burbuja, relacionados con los diferentes parámetros tales como la influencia del gradiente de presión, la deformación inicial en la forma de la burbuja, velocidad del fluidos en la vecindad de los límites sólidos, etc. En estos estudios puede ser tomado como válido que las cavidades no colapsan concéntricamente en la vecindad de unapared. Se forma un 4micro-jet que choca con la superficie sólida donde transmite un impulso de presión.

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.
Para evitar estas consecuencias, se requiere un cierto margen entre la presión estática a la entrada del rodete y la presión de...