Cavitacion

Cavitación

La cavitación o aspiraciones en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de la constante de Bernoulli. Este fenómeno tiene dos fases:

• Fase 1: Cambio de estado líquido a estado gaseoso.

• Fase 2: Cambio de estado gaseoso a estado líquido.

La cavitación es un fenómeno muy frecuente en sistemas hidráulicos donde se dan cambios bruscos de la velocidad del líquido.

Ejemplos:

En partes móviles:

• Álabes de turbinas

• Rodetes de bombas

• Hélices de barcos

En partes no móviles:

• Estrangulamientos bruscos

• Regulación mediante orificios

• En válvulas reguladoras

Efectos de la Cavitación

• Ruidos y golpeteos

• Vibraciones

• Erosiones de material (daños debidos a la cavitación)

• ¿Cómo se produce la cavitación?

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).

Cuando un líquido fluye a través de una región donde la presión es menor que su presión de 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 fuerzas ejercidas 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.

• Daños y como controlarla

Daños:

En las tuberías el fenómeno más común es la corrosión interna de las paredes, que debilita la estructura de la conducción pudiendo incluso convertirla en un vehículo inseguro para el transporte de cualquier tipo de fluidos. Es decir, que puede atacar las capas protectoras del conducto, inhabilitándolas, así como provocar el fallo de la tubería.

Los fallos en tuberías son bastante peligrosos y se pueden manifestar de diferentes maneras como pérdidas de agua, daños en edificios o instalaciones (las tuberías que pasen por los mismos) o contaminaciones por pérdida del fluido que transportan.

En turbinas e hidrobombas los daños más comunes son:

• Pérdida de rendimiento: En una hélice de barco, por ejemplo, la aparición de estas burbujas de aire "despegan" el contacto del agua alrededor de la hélice, disminuyendo considerablemente su eficacia.

• Ruido: Esto puede ser una molestia en algunas aplicaciones en las que se busca una máxima discreción, como el los submarinos.

• Deterioro: Las implosiones cercanas a los elementos metálicos provocan, con el tiempo, el deterioro de las superficies.

• Como controlarla:

La cavitación es un efecto físico cuya aparición depende de las condiciones de funcionamiento. Por tanto, cuando se proyecta una instalación debe intentarse que no aparezca la cavitación o que sus efectos sean los menores posibles.

Para evitar los fenómenos de cavitación hay que tener las siguientes consideraciones, tomándose todas ellas en el diseño de las conducciones, pues una vez proyectada la obra es muy difícil hacer frente a la cavitación:

• Eliminar los gases disueltos en el agua. Lógicamente, si no hay gases en el agua la tendencia a la formación de cavidades gaseosas será menor.

• Disminuir la velocidad del fluido. De esta manera no habrá tanta pérdida de presión y será más sencillo controlar la cavitación.

• Evitar cambios bruscos en el diámetro de las conducciones. Si nuestra conducción es lo más homogénea posible, además de mejorar el rendimiento se producirán menores pérdidas de energía, ya que es en cambios bruscos donde se tienden a formar las burbujas de agua.

Supercavitación

Es un fenómeno hidrodinámico, una variación de la cavitación. Se produce al moverse un objeto a gran velocidad en un fluido (líquido). La diferencia fundamental entre cavitación y supercavitación reside en la velocidad y en los usos potenciales de la misma, mientras la cavitación es un fenómeno generalmente negativo tanto para la industria naval o la aeronáutica, la supercavitación es una nueva vía de futuro en la industria, y ofrece nuevos horizontes económicos y tecnológicos.

Supercavitación es el uso de efectos de cavitación para crear una burbuja de gas dentro de un líquido lo suficientemente grande como para abarcar un objeto que se desplaza a través del líquido, lo que reduce en gran medida la fricción de la piel en el objeto y permitiendo el logro de velocidades muy altas. Las aplicaciones actuales se limitan principalmente a los proyectiles o torpedos muy rápido, pero, en principio, la técnica podría extenderse a los vehículos.

• Como se produce

Este fenómeno consiste en que al moverse el objeto a gran velocidad, el fluido que se desplaza a su alrededor adquiere una velocidad muy grande haciendo que su presión disminuya drásticamente. Si se llega al punto de evaporación del líquido, éste se convierte en gas y por tanto el objeto se desplaza por un medio gaseoso disminuyendo así su fricción,

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