CAVITACION
CAVITACION
CAVITACION
RESUMEN.
Sabemos que la cavitación es un fenómeno en el cual se producen burbujas de aire dentro de un fluido en
estado líquido, haciendo que este tenga diversos comportamientos los cuales pueden dañar a estructuras o
máquinas de una manera muy significativa y cuyos daños pueden ser irreversibles, por tanto este presente
trabajo tiene como objetivo principal definir y comprender la cavitación, sus principales daños y sobre sus
efectos en las estructuras. Por tal sentido, primero di a conocer una pequeña introducción sobre la cavitación,
y sobre su comportamiento frente a variaciones de temperatura y presión, describí los tipos de cavitación y
sus efectos causados en bombas. Para ello utilicé una metodología de bibliografía documental con un tipo de
investigación descriptivo, analizando y estudiando cada concepto necesario para la comprensión de este tema
tan importante en el campo de la hidráulica. Al concluir di mención a los resultados obtenidos en el presente
trabajo, los cuales pasaron a ser discutidos para una mejor compresión sobre el tema. Por último se pudo
concluir, de manera sintetizada, que la cavitación es un daño que influye mucho en el rendimiento de una
maquina u obra, porque está puede hacer que algún sistema nuevo pueda ser deteriorado en cuestión de
minutos.
I. INTRODUCCIÓN.
La cavitación es un problema que se produce con mayor frecuencia en bombas y tuberías, haciendo que se
deterioren ya sea por la corrosión debido a la implosión ocurrida en la superficie de estas o por efectos
mecánicos que estudiaremos más adelante.
1.1. OBJETIVOS.
2.1. CAVITACIÓN.
La cavitación o aspiraciones en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando se crean
cavidades de vapor dentro del agua o cualquier otro fluido en estado líquido en el que actúan fuerzas
que responden a diferencias de presión, como puede suceder cuando el fluido pasa a gran velocidad
por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de
la constante de Bernoulli. 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 implosionan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las
burbujas) produciendo una estela de gas de gran energía sobre una superficie sólida que puede
resquebrajar en el choque.1
En contraste con la ebullición, la cual puede ser causada por la introducción de calor o por una
reducción de la presión estática ambiente del líquido, la cavitación es una vaporización local del
líquido, inducido por una reducción hidrodinámica de la presión. (Figura 1). Esta zona de vaporización
local puede ser estable o pulsante, y esto altera usualmente el campo normal de flujo. Este fenómeno
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Obtenido de: https://es.wikipedia.org/wiki/Cavitaci%C3%B3n (14-05-2017)
se caracteriza, entonces, por la formación de bolsas (de vapor y gas) en el interior y junto a los
contornos de una corriente fluida en rápido movimiento.2
Para que la cavitación se produzca, las «burbujas» necesitan una superficie donde nuclearse. Esta
superficie puede ser la pared de un contenedor o depósito, impurezas del líquido o cualquier otra
irregularidad, pero normalmente ha de tenerse en cuenta la temperatura del fluido que, en gran
medida va a ser la posible causa de la cavitación. El factor determinante en la cavitación es
la temperatura del líquido. Al variar la temperatura del líquido varía también la presión de vapor de
forma importante, haciendo más fácil o difícil que para una presión local ambiente dada la presión de
vapor caiga a un valor que provoque cavitación.3
2.2. IMPLOSION.
La implosión es la acción de romperse hacia dentro con estruendo las paredes de una cavidad en
cuyo interior existe una presión inferior a la exterior.4 La implosión causa ondas de presión que viajan
en el líquido a velocidades próximas a las del sonido, es decir independientemente del fluido la
velocidad adquirida va a ser próxima a la del sonido. Estas pueden disiparse en la corriente del
líquido o pueden chocar con una superficie. Si la zona donde chocan las ondas de presión es la
misma, el material tiende a debilitarse estructuralmente y se inicia una erosión que, además de dañar
la superficie, provoca que ésta se convierta en una zona de mayor pérdida de presión y por ende de
mayor foco de formación de burbujas de vapor. Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o en
contacto con una pared sólida cuando implosionan, las fuerzas ejercidas por el líquido al aplastar la
cavidad dejada por el vapor dan lugar a presiones localizadas muy altas, ocasionando picaduras
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Obtenido de: kimerius.com/app/download/5780662695/Cavitación.pdf
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Obtenido de: https://es.wikipedia.org/wiki/Cavitaci%C3%B3n (14-05-2017)
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Obtenido de: https://es.wikipedia.org/wiki/Implosi%C3%B3n (14-05-2017)
sobre la superficie sólida. Nótese que dependiendo de la composición del material usado se podría
producir una oxidación de éste con el consiguiente deterioro del material. El fenómeno generalmente
va acompañado de ruido y vibraciones, dando la impresión de que se tratara de grava que golpea en
diferentes partes de una máquina.5
La implosión de las burbujas de vapor sigue ciertas direcciones, dependiendo de las condiciones de
presión:
Por lo dicho precedentemente hay dos tipos de cavitación, uno con flujo y otro estando el líquido
estático:
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Obtenido de: https://es.wikipedia.org/wiki/Cavitaci%C3%B3n (14-05-2017)
Ejemplos del tipo (a) los tenemos en tuberías donde la presión estática del líquido alcanza valores
próximos al de la presión de vapor del mismo, tal como puede ocurrir en la garganta de un tubo
venturi, a la entrada del rodete de una bomba centrífuga o a la salida del rodete de una turbina
hidráulica de reacción.6
Los ejemplos del tipo (b) aparecen cuando estando el líquido en reposo, por él se propagan ondas,
como las ultrasónicas, denominándose Cavitación Acústica, o típicas ondas por reflexión sobre
paredes o superficies libres debido a ondas de compresión o expansión fruto de explosiones y otras
perturbaciones como en el caso del golpe de ariete, denominadas Cavitación por Shock7
Los altos contenidos de gas parecen favorecer el comienzo de la cavitación, debido a que originan
una mayor cantidad de burbujas. Por otra parte un contenido leve de aire (presión parcial de aire)
disminuye la velocidad de implosión. Con un contenido bajo de gas se demora el comienzo de la
cavitación, ya que la resistencia a la tracción del agua en este caso comienza a jugar un papel
considerable. Para un contenido de un 10% del valor de saturación la cavitación comienza al alcanzar
la presión de vapor. Con elevados contenidos de aire la presión para el comienzo de la cavitación es
superior a la presión de vapor, ya que en este caso el crecimiento de las burbujas está favorecido
por la difusión de gas en el líquido.8
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Obtenido en: kimerius.com/app/download/5780662695/Cavitación.pdf
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Obtenido en: kimerius.com/app/download/5780662695/Cavitación.pdf
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Obtenido en: kimerius.com/app/download/5780662695/Cavitación.pdf
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Obtenido en: http://www.hydraulicspneumatics.com/blog/cavitaci-n-en-un-sistema-hidr-ulico
A. CAVITACIÓN EN BOMBAS.
Cavitación de succión.
Cavitación de descarga.
Como ya se ha mencionado la cavitación ocurre en las bombas, aunque también sucede en los
ductos sobre todo donde se encuentran reducciones seguidas de ampliaciones bruscas, (tubos
venturi) estos efectos se pueden transmitir a las demás partes del equipo de bombeo reduciendo la
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Obtenido en: https://es.wikipedia.org/wiki/Cavitaci%C3%B3n (14-05-2017)
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Obtenido en: https://es.wikipedia.org/wiki/Cavitaci%C3%B3n (14-05-2017)
eficiencia y pudiendo causar serios daños como la corrosión de partículas de metal (pitting). Cuando
las burbujas de vapor implosionan se produce una especie de martilleo lo que produce un deterioro
en las paredes de la carcasa, de las palas del impulsor el cual el daño está en función de la
proximidad en que se encuentran estas implosiones.12
Efecto mecánico
Con las implosiones se decrecen los diámetros de las burbujas, las partículas en estado líquido se
aceleran y se desplazan hacia el centro de estas burbujas chocando entre sí, estos choques
provocan sobrepresiones (golpe de ariete) que se propagan en todas las direcciones afectando
principalmente a las ranuras de las superficies metálicas por lo que en muy poco tiempo pueden
ocasionar daños a la estructura de la maquina (rotor).
Los golpeteos los cuales al ser muy fuertes dan la impresión que la bomba acarrea grava causan un
desequilibrio en la maquina dañando las uniones de los tubos con esta, así como aflojan las partes
que la sostienen. Además los martilleos en ocasiones son tan fuertes que producen ruidos los cuales
pueden ser molestos durante la operación de la bomba.
Y el problema y quizás el más importante es el de la reducción de la eficiencia de la bomba con el
cual el nosotros como futuros ingenieros estamos obligados a seleccionar o diseñar de la manera
más eficiente, con lo cual debemos de tener un criterio amplio para evitar el fenómeno de la
cavitación. Entre las bombas más susceptibles a este fenómeno están las que tiene lados convexos
y sobre todo en la parte trasera en donde pueden tener un área localizada que propicie la cavitación.13
Efecto químico.
Con la implosión de las burbujas se liberan iones de oxigeno que como sabemos atacan las
superficies de los metales.14
B. CAVITACIÓN EN VALVULAS.
Este fenómeno ocurre cuando la válvula se encuentra parcialmente cerrada, la velocidad local del
flujo a su paso por el cierre puede alcanzar valores muy elevados, de modo que la presión puede
alcanzar los valores de la presión de vapor de agua. En el caso de cavitación muy intensa se llegaría
a una situación de bloqueo del caudal.15
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Obtenido en: http://ingenieros2011unefa.blogspot.pe/2008/01/cavitacion.html
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Obtenido en: http://ingenieros2011unefa.blogspot.pe/2008/01/cavitacion.html
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Obtenido en: http://ingenieros2011unefa.blogspot.pe/2008/01/cavitacion.html
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Obtenido en: https://es.slideshare.net/joscaval/cavitacion-40725374
III. METODOLOGIA.
Para la elaboración del fenómeno de cavitación, cumpliendo los objetivos empleados o planteados,
lo cual se basó en las siguientes modalidades investigativas.
3.1 BIBLIOGRAFIA DOCUMENTAL
En esta modalidad predomina el análisis, la interpretación, las opiniones, las conclusiones. La
presente investigación se apoyó en fuentes primarias (documentos) y en fuentes secundarias (libros,
imágenes). Como información bibliográfica para desarrollar la presente investigación se tomó de
libros electrónicos, internet acerca de metodologías empíricas, con nuevas técnicas que permiten
estudiar el fenómeno de cavitación. Con una descripción totalmente precisa de las técnicas utilizadas
para la recopilación de los datos. Adicionalmente se emplearon una serie de técnicas e instrumentos
de recolección de datos, específicamente el análisis de fuentes documentales.
Luego de estudiar la cavitación, sus tipos y los daños que ocasiona, a base de investigación e
indagación en diferentes fuentes bibliográficas se pudo apreciar que la cavitación actúa creando
cavidades de vapor dentro del agua en el cual actúan fuerzas que responden a diferencias de
presión, por ejemplo, cuando un fluido pasa a gran velocidad por una arista afilada produciendo una
descompresión de este.
V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
La cavitación afecta, principalmente, el funcionamiento en bombas y tuberías.
La cavitación es uno de los daños más perjudiciales en una maquina u obra.
La corrosión por cavitación es uno de los daños más frecuentes de cavitación.
La cavitación varía según el cambio de temperatura o presión.
Si despreciamos la cavitación haremos que cualquier proyecto disminuya su tiempo de
rendimiento.
Se recomienda la observación y análisis directo de fuentes bibliográficas para una mayor
facilidad en el desarrollo del trabajo.
LISTA DE REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Sitios web.
Figuras.