Cavitacion

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 con una frontera sólidacuando 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 liquido que fluye, el para metro de cavitación, σ, es útil para caracterizar la susceptibilidaddel 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 con respecto a la cavitación otener el mismo grado de cavitación para el mismo valor de s. Cuando s = 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 el agua bajasuficientemente, 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 (colapso de la burbuja). Cuando se repiteeste 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 está comprobado por la presencia de bandas de deslizamientosobre partes de bombas o de otro equipo sujeto a cavitación.

El incremento de la velocidad va acompañado de un descenso en la presión. Por ejemplo, la velocidad del aire sobre la parte superior del ala de un aeroplano es, en promedio, más rápida que la que pasa por debajo de la misma ala. Entonces, la fuerza de presión neta es mayor en la parte inferior del ala que en la parte superior de esta(el ala genera sustentación).

Si la diferencia de velocidad es considerable, las diferencias de presión pueden también serlo. Para flujos de líquidos, esto podría resultar con problemas de cavitación, una situación potencialmente peligrosa que resulta cuando la presión del líquido se reduce hasta la presión de saturación del vapor y entonces este hierve. La presión de saturación del vapor esla presión a la cual comienzan a formarse burbujas de vapor en el líquido. Obviamente esta presión depende del tipo de líquido y de la temperatura.

Una manera de producir 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 quela 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 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...