cavitacion

Lección 6

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LECCIÓN 6. CAVITACIÓN.
6.1. Concepto y características de la cavitación.
6.2. La cavitación en las bombas.
6.3. La cavitación en las turbinas.

6.1. CONCEPTO Y CARACTERÍSTICAS DE LA CAVITACIÓN.
En este apartado se definen las características generales de la cavitación como
fenómeno físico y se sientan las bases para particularizar dicho fenómeno a las máquinas defluidos.

6.1.1 Descripción del fenómeno de la cavitación.
Introducción:
La cavitación es un fenómeno típico de bombas y turbinas hidráulicas (flujo
incompresible, de agua o de otro líquido), pero no excluyente de dichas máquinas. También
las hélices marinas presentan serios problemas de cavitación.
La cavitación afecta a los álabes tanto de bombas como de turbinas hidráulicas y, pese
a que suscausas y efectos han sido estudiados ampliamente a lo largo de los años, todavía hoy
dan lugar a serios problemas de funcionamiento.
Los estudios sobre cavitación en hélices de barcos se iniciaron a través de los trabajos de
Euler (1754), pero su importancia en la industria marina no fue considerada hasta mediados del
siglo XIX (1873) cuando Reynolds investigó sus efectos sobre las hélices (enla figura 6.1 se
muestra un túnel de cavitación para ensayo de hélices).
12 m
Sección ensayos: 4 m

8m

Motor principal
Bomba de circulación

Figura 6.1.- Túnel de cavitación con dimensiones típicas.
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Máquinas de fluidos

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Lección 5

En cualquier caso, la cavitación tiene efectos muy negativos para el normal
funcionamiento de las turbomáquinas de flujo con líquidos.Mecánica de las burbujas:
La cavitación puede definirse como la formación y posterior colapso (implosión) de
burbujas de gas (cavidades) en el seno de un líquido. El gas puede ser aire, vapor del propio
líquido u otro gas disuelto en el líquido considerado.
Se define la presión de vapor como la presión de la fase vapor en equilibrio con la
superficie libre de un líquido (equilibrioevaporación-condensación). Esta variable depende
básicamente del estado termodinámico considerado, así, para un líquido dependerá sólo de la
temperatura (en la figura 6.2 se muestra la evolución de esa presión para el agua).

Presión de vapor (kPa)

0.689 6.894 13.79 27.58 55.15 101.3 110.3

Temperatura (ºC)

1.6

38.72 52.58 67.22 83.83 100.0 102.4

Figura 6.2.- Presión de saturación del agua enfunción de la temperatura.
Cuando la presión en un líquido baja hasta un valor cercano a la presión de vapor para las
condiciones termodinámicas existentes (temperatura) se produce la formación de microburbujas
en el seno del líquido. Básicamente se trata de un proceso de ebullición. Por ejemplo, se sabe que
el agua hierve a 100ºC. Sin embargo, esto es cierto sólo parcialmente, dado que, según loseñalado, existe la posibilidad de “ebullición fría” a menor temperatura, siempre que la presión
existente sea también menor que la atmosférica. Así, el agua hierve a 100o C sólo a presión
atmosférica, es decir, en torno a 1 bar (así, es también bastante conocido el hecho de que los
alpinistas pueden hervir su comida a temperaturas bastante inferiores a 100º C). En la tabla 1 se
exponecuantitativamente lo expuesto en este párrafo.
La cavitación puede aparecer en líquidos en reposo o en movimiento, siendo la única
condición necesaria el alcanzar el estado de equilibrio líquido-vapor. En líquidos en reposo, se
puede lograr por medio de un aumento en la temperatura por transferencia de calor. Para líquidos
en movimiento se puede lograr por medio de una disminución local de presión poraumento de la
velocidad, y las burbuja generadas son transportadas aguas abajo por la corriente hasta zonas
donde la presión es más alta, dando lugar al brusco colapso de las mismas.
En la práctica, la cavitación se puede producir en cualquier punto de un circuito
hidráulico como en tubos de venturi, huecos, protuberancias, cuerpos sumergidos, vórtices, o en
máquinas hidráulicas (bombas...