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 Modelo de propulsor cavitando en un
burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implosionan túnel de agua.
(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.

La implosión causa ondas de presión que viajan en el líquido a velocidades próximas a las del sonido
independientemente del fluido donde se creen. 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 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.

Se puede presentar también cavitación en otros procesos como, por ejemplo, en hélices de barcos y
aviones, bombas y tejidos vascularizados de algunas plantas.

Se suele llamar corrosión por cavitación al fenómeno por el que la cavitación arranca la capa de óxido
(resultado de la pasivación) que cubre el metal y lo protege, de tal forma que entre esta zona (ánodo) y la
que permanece pasivada (cubierta por óxido) se forma un par galvánico en el que el ánodo (el que se
corroe) es la zona que ha perdido su capa de óxido y cátodo la que la mantiene.

Índice
Introducción
Problemas
Bombas y hélices
 Cavitación de succión
Cavitación de descarga
Plantas
Véase también
Referencias
Enlaces externos

Introducción
El proceso físico de la cavitación es casi exactamente igual que el que ocurre durante la ebullición. La
mayor diferencia entre ambos se debe a presión y temperatura dentro del diagrama de fases. La ebullición
eleva la presión de vapor del líquido por encima de la presión ambiente local para producir el cambio a
fase gaseosa, mientras que la cavitación es causada por una caída de la presión local por debajo de la
presión de vapor que causa una succión.

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.

Se estudia también la posición que deben tener las máquinas hidráulicas, respecto al nivel del agua, en el
depósito de succión o en el canal de restitución para evitar la cavitación. El enfoque se hace tomando
como nivel de referencia un punto determinado de la bomba o la turbina. Se analizan distintos parámetros
y conceptos asociados a la cavitación como son: la carga positiva neta en la succión y se presentan las
limitaciones que dichos conceptos y parámetros tienen en el sentido de extrapolar resultados siguiendo
las leyes de semejanza. Se destaca la necesidad de investigar mas las limitaciones del coeficiente de
cavitación en las turbinas y se propone una relación nueva que permita estimar la carga estática como
bomba de una máquina reversible, a partir de los valores del coeficiente de cavitación de la máquina
operando como turbina

Problemas
La cavitación es, en la mayoría de los casos, un suceso indeseable. En dispositivos como hélices y
bombas, la cavitación puede causar mucho ruido, daño en los componentes y una pérdida de rendimiento.

Este fenómeno es muy estudiado en ingeniería naval durante el diseño de todo tipo de barcos debido a
que acorta la vida útil de algunas partes tales como las hélices y los timones.

En el caso de los submarinos este efecto es todavía más estudiado, evitado e indeseado, puesto que
imposibilita a estos navíos de guerra mantener sus características operativas de silencio e indetectabilidad
por las vibraciones y ruidos que la cavitación provoca en el casco y las hélices.
El colapso de las cavidades entraña gran cantidad de energía que
puede causar un daño enorme. La cavitación puede afectar a casi
cualquier material. Las picaduras causadas por el colapso de las
cavidades producen un enorme desgaste en los diferentes
componentes y pueden acortar enormemente la vida de la bombas
o hélices.

Además de todo lo anterior, la creación y posterior colapso de las

burbujas crea fricción y turbulencias en el líquido. Esto
contribuye a una pérdida adicional de rendimiento en los Daño por cavitación de una turbina
Francis.
dispositivos sometidos a cavitación.

La cavitación se presenta también en el fondo de los ríos donde

se genera a partir de irregularidades del lecho disociando el agua y el aire. Ambos son sometidos a
presiones, dando lugar, este último, a burbujas que, con la fuerza del agua, se descomponen en tamaños
microscópicos, saliendo disparadas a gran velocidad. Esto provoca un fuerte impacto en el lecho que
puede ser de hasta 60 t/m². Su importancia radica en la constancia y repetición del fenómeno, lo que
favorece su actuación. La cavitación es un proceso erosivo frecuente en los pilares de los puentes.

Aunque la cavitación es un fenómeno indeseable en la mayoría de las circunstancias, esto no siempre es

así. Por ejemplo, la supercavitación tiene aplicaciones militares como por ejemplo en los torpedos de
supercavitación en los cuales una burbuja rodea al torpedo eliminando de esta manera toda fricción con
el agua. Estos torpedos se pueden desplazar a altas velocidades bajo el agua, incluso hasta a velocidades
supersónicas. La cavitación puede ser también un fenómeno positivo en los dispositivos de limpieza
ultrasónica. Estos dispositivos hacen uso de ondas sonoras ultrasónicas y se aprovechan del colapso de
las burbujas durante la cavitación para limpiar superficies.

Otra aplicación de la cavitación es durante el proceso de homogeneización de un producto (ej. proceso

biotecnológico) que se lleva a cabo mediante un sonicador. Este aparato posee una punta que se sumerge
en la solución a homogeneizar y vibra a frecuencias ultrasónicas. Estas vibraciones de alta frecuencia
causan cavitación, que como ya se mencionó es la formación de pequeñas burbujas en el medio líquido.
Estas burbujas colapsan liberando su energía mecánica en forma de ondas de choque equivalente a varios
miles de atmósferas de presión, rompiendo células presentes en la suspensión. La duración de ultrasonido
necesario depende del tipo de células, el tamaño de la muestra y la concentración celular. Para las células
bacterianas como la E. coli, 30 a 60 segundos puede ser suficiente para muestras pequeñas. Células de
levadura, pueden necesitar de 2 a 10 minutos.

Se cree que la cavitación puede ser la causa de la 'cavitación articular'.1

Bombas y hélices
Los álabes de un rodete de una bomba o de la hélice de un barco se mueven dentro de un fluido. Cuando
el fluido se acelera a través de los álabes se forman regiones de bajas presiones. Cuanto más rápido se
mueven los álabes menor es la presión alrededor de los mismos. Cuando se alcanza la presión de vapor,
el fluido se vaporiza y forma pequeñas burbujas de vapor que al colapsarse causan ondas de presión
audibles y desgaste en los álabes.

La cavitación en bombas puede producirse de dos formas diferentes:

Cavitación de succión
La cavitación de succión ocurre cuando la succión de la bomba se
encuentra en unas condiciones de baja presión/alto vacío que
hace que el líquido se transforme en vapor a la entrada del rodete.
Este vapor es transportado hasta la zona de descarga de la bomba
donde el vacío desaparece y el vapor del líquido es nuevamente
comprimido debido a la presión de descarga. Se produce en ese
momento una violenta implosión sobre la superficie del rodete.
Un rodete que ha trabajado bajo condiciones de cavitación de Desgaste producido por la cavitación
succión presenta grandes cavidades producidas por los trozos de en un rodete de una bomba
material arrancados por el fenómeno. Esto origina el fallo centrífuga.

prematuro de la bomba.

Cavitación de descarga
La cavitación de descarga sucede cuando la descarga de la bomba
es muy alta. Esto ocurre normalmente en una bomba que está
funcionando a menos del 10 % de su punto de eficiencia óptima. Otro ejemplo de desgaste producido
por la cavitación en un rodete de una
La elevada presión de descarga provoca que la mayor parte del
bomba centrífuga.
fluido circule por dentro de la bomba en vez de salir por la zona
de descarga. A este fenómeno se le conoce como slippage. A
medida que el líquido fluye alrededor del rodete debe de pasar a una velocidad muy elevada a través de
una pequeña apertura entre el rodete y el tajamar de la bomba. Esta velocidad provoca el vacío en el
tajamar (fenómeno similar al que ocurre en un venturi) lo que provoca que el líquido se transforme en
vapor. Una bomba funcionando bajo estas condiciones muestra un desgaste prematuro del rodete, tajamar
y álabes. Además y debido a la alta presión de funcionamiento es de esperar un fallo prematuro de las
juntas de estanqueidad y rodamientos de la bomba. Bajo condiciones extremas puede llegar a romperse el
eje del rodete.

Plantas
La cavitación puede aparecer en el xilema de las plantas cuando el potencial del agua se hace tan grande
que el aire disuelto dentro del agua se expande hasta llenar la célula de la planta. Las plantas
generalmente son capaces de reparar los daños producidos por la cavitación, por ejemplo con la presión
de bombeo de las raíces. En otros tipos de plantas como las vides la cavitación puede llevarlas a la
muerte. En algunos árboles, la cavitación es claramente audible.

Véase también
Supercavitación
Sonoluminiscencia

Referencias
1. «Copia archivada» (https://web.archive.org/web/20170202062551/http://www.anatomia-fisiot
erapia.es/14-systems/musculoskeletal/1160-visualizacion-en-tiempo-real-de-la-cavitacion-ar
ticular). Archivado desde el original (http://www.anatomia-fisioterapia.es/14-systems/muscul
 oskeletal/1160-visualizacion-en-tiempo-real-de-la-cavitacion-articular) el 2 de febrero de
2017. Consultado el 30 de enero de 2017.

Enlaces externos
Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Cavitación.
Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre cavitación.

Obtenido de «https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Cavitación&oldid=118722730»

Esta página se editó por última vez el 30 ago 2019 a las 13:57.

El texto está disponible bajo la Licencia Creative Commons Atribución Compartir Igual 3.0; pueden aplicarse
cláusulas adicionales. Al usar este sitio, usted acepta nuestros términos de uso y nuestra política de privacidad.
Wikipedia® es una marca registrada de la Fundación Wikimedia, Inc., una organización sin ánimo de lucro.