P.Gea

 

 

Nunca nos explicaron de manera tan sencilla lo que significaba la cavitación, como un compañero que había traducido del inglés una presentación de Manhardt Lindel _ERHARD_ Armaturen. Hoy lo intento para vosotros.

La cavitación es un fenómeno físico, mediante el cual un líquido, en determinadas condiciones, pasa a estado gaseoso y unos instantes después pasa nuevamente a estado líquido.

¿Cuándo sucede este fenómeno? Cuando en un sistema hidráulico se dan cambios bruscos de la velocidad del líquido. Por ejemplo:

-En puntos móviles como: Alabes de turbinas, rodetes de bombas y hélices de barcos.

-En puntos fijos como: Estrangulamientos bruscos en tuberías, regulación de caudal mediante orificios calibrados y en válvulas reguladoras.

Los efectos de la cavitación son: ruidos y golpeteos, vibraciones y erosiones del material.

Para mejor comprensión del fenómeno miremos primero el siguiente gráfico: es la clásica curva característica de la presión de vapor, cuya condición de paso de líquidos a vapor está en función de la presión y temperatura.

 

Por todos es conocido que el agua empieza a convertirse en vapor a los 100º C, esto es si la presión es la atmosférica, 1 bar, pero si la presión baja a 0,10 bar, una décima parte de la presión atmosférica, el agua empieza a hervir aproximadamente a los 45º C. Esto nos lo decían cuando éramos pequeños en clase de física.

El agua que fluye por las tuberías está generalmente a presión, producida por una bomba o debido a una diferencia de alturas (proveniente de un depósito) y es considerablemente mayor que la presión de vapor, o sea, estaría situada en la zona sombreada, por tanto el agua se conserva en estado líquido

alt="la cavitación"

Balance de energía del fluido

 

 

Para comprender por qué razón la presión del agua en el punto de estrangulamiento de una válvula llega a ser menor que la presión del vapor, estudiaremos el balance de energía del fluido.

La Energía Potencial + la Energía de Presión + la Energía Cinética + Las Pérdidas de Carga = Energía total.

Y si repasamos la teoría de Bermoulli nos dice que la Energía Total permanece constante. Por tanto la Energía Total almacenada en el depósito debida a la carga estática acumulada en el mismo es la Energía Potencial del sistema.

Veamos con tranquilidad el diagrama siguiente:

Al principio tenemos acumulada, como decíamos, la Energía Total como Energía Potencial. A medida que el agua circula por la tubería se producen por una parte unas pérdidas por rozamiento (Perdida de Carga) y la Energía Cinética del agua en movimiento, la Energía de Presión se hace menor.

Al llegar a una válvula o a un orificio calibrado estrechamos la sección, entonces aumenta de forma apreciable la velocidad de circulación y las pérdidas de carga. En la vena contracta la Energía de Presión restante y por tanto la presión local, decrece considerablemente, ya que en la Energía Total debe permanecer constante.

Si en ese punto la presión baja por debajo de la Presión de Vapor el agua se evapora, formando burbujas de vapor, que se deforman al incrementarse la presión y finalmente implotan y desaparecen, creando un microchorro que golpea las paredes del cuerpo de la válvula o de la tubería a muy alta velocidad (v>1.000 m/seg.) causando picos de presión de hasta 10.000 bares, lo que erosiona el material a nivel molecular.

 

alt "balance energía fluido"

 

Inmediatamente después, al retornar las mismas condiciones de sección las Pérdidas de Carga continuarían aumentando proporcionalmente hasta llegar al final de la conducción con una Energía de Presión + la Energía Cinética.

¿Cómo implota una burbuja creando un microchorro de energía? Veamos el dibujo:

Al cambiar de estado gaseoso a líquido, las burbujas de vapor se colapsan súbitamente (implotan) y esto produce que el agua que las rodea se acelere hacia el interior de las mismas formando una especie de hendidura. Esto crea el microchorro que puede golpear las paredes del cuerpo que crea el aumento de velocidad, ya sea una válvula reguladora, una de compuerta semiabierta, un orificio calibrado o una brusca reducción en la tubería.

 

Cómo evitar la cavitación

 

 

  • Utiliza las válvulas de compuerta y mariposa solo para trabajar en posición abierta o cerrada, no en posiciones intermedias.
  • Para operar en condiciones extremas donde no podemos controlar la cavitación ni con válvulas especiales, la regulación debe hacerse paso a paso (caso de válvulas de flotador que llegan con una fuerte presión para pasar presión atmosférica) con la utilización de orificios calibrados o mediante la admisión de aire en el punto de regulación.

 

 

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