Cavitación

1.1.8 CAVITACION

En este capitulo se explica el concepto de cavitación y su aplicación a sistemas de transporte de fluidos por tuberías.

Conceptos previos: Ecuación de Bernoulli , Presión de Vapor.

Figura 1

La figura 1 muestra el concepto de Presión de Vapor con relación a la Presión At-mosférica.

La presión se ha expresado en metros columna de agua (mca) y los valores son aproximados para el nivel medio del mar.

Se puede ver que la presión de vapor tiene un valor absoluto de 0.3 [mca], en relación a los 10.3 [mca] que tiene la presión atmosférica. Esto significa que la presión de vacío puede tener valores desde p=0 [mca] hasta un valor de p=10 [mca] (presión de vacío).

¿Qué significa esto en el interior de una tubería con fluido?

Se puede tener dos condiciones de flujo en una tubería, la primera de ellas es con flujo a tubería llena, en presión, y se utiliza en este documento la expresión “empaquetado” para señalar esta condición.( Flow Pocket).

La segunda condición es tener flujo en acueducto, es decir, el fluido no llena la sec-ción transversal de la tubería. Lo hemos llamado “No Empaquetado” ( Slack Flow).

Figura 2

Cuando el fluido llena la tubería, esta con una presión mayor a la presión atmosférica, se habla de flujo en presión.

El fluido escurre a velocidades controladas, normalmente bajas, y la velocidad es la misma en todo el interior de la tubería.

Cuando la presión del fluido es igual o menor a la presión atmosférica, el fluido se mueve en la condición de acueducto (slack flow). La velocidad del flujo depende de la pendiente longitudinal de la tubería, si la pendiente es grande, el fluido escurre con alta velocidad (10, 12, 15 [m/s] ).

¿Qué sucede con presiones menores a la presión atmosférica?

El liquido presenta formación de burbujas en su interior, comienza a “hervir” y se forma vapor, si la presión continua disminuyendo hasta que se iguale con la presión de vapor del liquido, TODO el fluido se convierte en vapor.

Figura 3

La figura 3 muestra esta situación, el gradiente de presión “corta” el perfil de terreno en el punto alto del trazado, en esta área, la tubería deja de escurrir en presión y escu-rre en acueducto (slack Flow).

Si aplicamos la ecuación de Bernoulli, sabemos que el valor de la ecuación en una sección dada de la tubería es constante.

Si la tubería tiene el mismo diámetro, la velocidad no cambia, por lo tanto, si aumen-tamos la cota de la tubería (Z), para mantener el valor de la constante (CTE), la altura de presión debe disminuir.

Despejamos el valor de la altura de presión:

Esta ecuación muestra que para una sección (Bernoulli CTE), si aumentamos la cota de la tubería, la presión disminuye, lo mismo pasa si aumentamos la velocidad.

Físicamente que sucede con el liquido al ocurrir el fenómeno de cavitacion?

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