Cavitacion en Canales
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CAVITACION EN CANALES
La cavitación es la evaporación (formación de burbujas de vapor) de un líquido cuando
fluye hacia una región dónde la presión estática se reduce a la presión del vapor, con la
consecuente condensación (colapso o implosión de las burbujas) cuando éstas pasan a una
región dónde la presión estática está sobre la presión del vapor.
Caída de la presión
El traslado de energía mecánica al fluido bombeado, nefariamente crea regiones dentro del
rodete en las que la presión decae, bajo la presión estática que se tiene a la entrada del
rodete. Dependiendo del nivel de la presión estática, pueden ocurrir o no la cavitación. Esto
puede producir varias consecuencias negativas para el funcionamiento de la bomba, según
será descrito más abajo.
Para evitar estas consecuencias, se requiere un cierto margen entre la presión estática a la
entrada del rodete y la presión de vapor del fluido. Debido a que es difícil determinar en
forma directa, la presión en la entrada del rodete, se utiliza la presión total, es decir la
energía contenida en el fluido, medida en un punto específico aguas arriba de la bomba
como valor de medida referencial. La diferencia entre esta presión total y la presión del
vapor se llama NPSH (Altura neta positiva en la aspiración).
FORMACIÓN DE CAVITACIÓN
El agua no cambian espontáneamente del líquido al estado de vapor, ya sea que la
temperatura se eleva o disminuye la presión. El agua que ha sido destilada y filtrada en
muchas ocasiones puede mantener presiones negativas muy grandes sin cavitación. La
cavitación y ebullición son observados para comenzar con la ubicación de impurezas en el
flujo o en grietas diminutas en un límite suave. No se sabe si las partículas de suciedad
sirven como núcleos para la vaporización. Sin embargo, se observó que la aparición de la
cavitación visible en el agua que fluye fue precedida siempre por la ocurrencia de un
enjambre de burbujas microscópicas en una pequeña región del flujo. La importancia de
las burbujas, como cavitación se conoce desde hace mucho tiempo, para la formación de
cavitación, se ha construido en torno a la existencia de microscópicas burbujas en el flujo.
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Cavitación si p2 < psat
La cavitación es tanto más peligrosa si:• Aumentala temperatura del fluido (psat )• Aumenta la altitud del lugar (patm↓)• aumenta la altura geométrica que asciende el fluido (z2)• aumenta las Hper (perdidas debido a la longitud, accesorios)La cavitación a la entrada de una bomba disminuye (vvapor >>vliq)Al aumentar la bomba la presión condensa el vapor produce golpeteo (vibraciones, ruido, … desgaste)
La cavitación en aliviaderos
En obras hidráulicas, el agua contiene burbujas de aire y varios tipos de impurezas de
muchos y diferentes los tamaños. Las burbujas de aire microscópicas o impurezas en el
agua son necesarias para iniciar cavitación. Sin embargo, una vez iniciada, la
vaporización es el factor más importante en el crecimiento de la burbuja de cavitación. La
presencia de burbujas de aire en el flujo también tiene un efecto sobre el daño y el ruido
producido por el cavitación.
Además de describir la cavitación por el contenido de la nada, es decir, por vapor o gas,
cavitación también puede ser descrito por su ocurrencia. Por ejemplo, si la presión del
agua que fluye es disminuyó a través de aumentos en la velocidad de flujo, un estado
crítico se alcanza cuando la cavitación acaba de comenzar. Este estado crítico se llama
incipiente cavitación. Del mismo modo, si existe la cavitación y el flujo de la velocidad se
reduce o se aumenta la presión, estado crítico se alcanza cuando la cavitación
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desaparecerá. Esta condición se llama desinente cavitación. Incipiente cavitación y
desinente cavitación no suelen ocurrir en el mismo flujo condiciones. La distinción es
especialmente importante en las investigaciones de laboratorio, pero por lo general se
puede ignorado a todos los efectos prácticos en hidráulica estructuras.
Por último, un conjunto de condiciones de flujo crítico existe para que las burbujas de
cavitación individuales de pronto la transición a un gran vacío. Condiciones en las que el
gran vacío se produce se llama diversas como el flujo de la cavidad, la cavitación
desarrollados, o supercavitacion.
Cuando el agua fluye sobre una presa vertedero , las irregularidades en la superficie del
vertedero hará que pequeñas áreas de la separación del flujo en un flujo de alta velocidad,
y, en estas regiones, la presión se reducirá. Si las velocidades son lo suficientemente alta
como la presión puede caer por debajo de la presión de vapor locales de las burbujas de
vapor de agua y se forma. Cuando éstas se lleven hacia abajo, en la región de alta presión
de la burbuja se colapsa dando lugar a altas presiones y posibles daños por cavitación.
investigaciones experimentales muestran que el daño en concreto del canal y los
aliviaderos del túnel puede empezar a velocidades de agua clara, de entre 12 a 15 m / s, y,
hasta velocidades de 20 m / s, puede ser posible para proteger la superficie mediante la
racionalización de los límites , la mejora de los acabados superficiales o el uso de
materiales resistentes. Cuando un poco de aire está presente en el agua de la mezcla
resultante es compresible y esto amortigua la presión alta causada por la burbuja se
derrumba. Si las velocidades cerca de la solera del vertedero son lo suficientemente alta,
aireadores o dispositivos de aireación se deben introducir para evitar la cavitación.
Aunque estos se han instalado desde hace algunos años, los mecanismos de entrada de
aire en los aireadores y el lento movimiento del aire de la superficie del vertedero son
todavía un reto. La aireación vertedero diseño del dispositivo se basa en una pequeña
desviación de la cama como una rampa para desviar el flujo de alta velocidad de la
superficie del vertedero. En la cavidad formada por debajo del manto, una supresión
locales por debajo de la lámina vertientes produce porra cual el aire es succionado por la
corriente. El diseño completo incluye la rampa dispositivo de la desviación, la
compensación y el sistema de suministro de aire.
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El crecimiento y la decadencia de burbujas eran considerados el uso de una teoría que
supone agua que es incompresible. A demás el vapor de presión, tensión superficial, y la
temperatura eran todos considerados que ser constante. En realidad, como una burbuja
colapsa estos supuestos no son válidos. Para simular la dinámica de colapso es necesario
considerar la compresibilidad del agua, la compresibilidad del gas en la burbuja, y la
entalpía de los cambios. Estas consideraciones resultado en seis diferencial
ecuaciones y cuatro ecuaciones algebraicas que deben ser resueltos al mismo tiempo.
Solución numérica de las ecuaciones revela que colapso de la burbuja consiste en fases en
las que el disminuye el diámetro de la burbuja, alcanza un mínimo valor, y luego crece o
rebota. El proceso se repite durante varios ciclos con el diámetro de la burbuja
disminuyendo en cada ciclo hasta que finalmente se convierte de tamaño microscópico.
Durante la fase de reversión o de rebote, un choque forma onda. La onda de choque a la
velocidad ya que irradia hacia fuera desde el centro del colapso, es igual a la velocidad del
sonido en el agua.
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