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1. PRESIÓN 1.1 Definiciones. En flujo de fluidos, es de vital importancia conocer la presión ya que con su conocimiento puede controlarse y medirse el flujo. Dado que la presión, según su definición, es la fuerza normal ejercida sobre una superficie, para medir la presión será necesario insertar una sonda en el punto donde la presión desee conocerse, sonda que consiste en exponer una sección. Se pueden considerar tres definiciones de presión según el modo de medir la misma, es decir, como se coloque la sonda medidora de la presión: a) Presión estática: Es la presión ejercida por el fluido sobre un plano paralelo a la dirección de la corriente, debido a los choques de las moléculas como consecuencia de un movimiento aleatorio (p). Para un fluido en movimiento la presión estática debe medirse con la sección de la sonda paralela al movimiento del fluido. En el caso de fluidos en reposo, no hay diferencia en cómo se coloque la sonda de presión. b) Presión de impacto o de choque o de estancamiento: Es la presión ejercida por el fluido sobre un plano perpendicular a la dirección de la corriente, debido a los choques de las moléculas por el movimiento aleatorio y el movimiento del fluido (p+1/2 ρv 2 , siendo la densidad del fluido y v el módulo de la velocidad puntual del fluido). Por tanto, la sonda deberá tener la sección perpendicular y encarada a la dirección de la corriente. c) Presión cinética, dinámica o de velocidad: Es la diferencia entre las presiones de impacto y estática (1/2 ρv 2 ), que será nula en el caso de fluidos en reposo.

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1. PRESIÓN

1.1 Definiciones.

En flujo de fluidos, es de vital importancia conocer la presión ya que con su conocimiento puede controlarse y medirse el flujo. Dado que la presión, según su definición, es la fuerza normal ejercida sobre una superficie, para medir la presión será necesario insertar una sonda en el punto donde la presión desee conocerse, sonda que consiste en exponer una sección. Se pueden considerar tres definiciones de presión según el modo de medir la misma, es decir, como se coloque la sonda medidora de la presión:

a) Presión estática: Es la presión ejercida por el fluido sobre un plano paralelo a la dirección de la corriente, debido a los choques de las moléculas como consecuencia de un movimiento aleatorio (p). Para un fluido en movimiento la presión estática debe medirse con la sección de la sonda paralela al movimiento del fluido. En el caso de fluidos en reposo, no hay diferencia en cómo se coloque la sonda de presión.

b) Presión de impacto o de choque o de estancamiento: Es la presión ejercida por el fluido sobre un plano perpendicular a la dirección de la corriente, debido a los choques de las moléculas por el movimiento aleatorio y el movimiento del fluido (p+1/2ρv2, siendo la densidad del fluido y v el módulo de la velocidad puntual del fluido). Por tanto, la sonda deberá tener la sección perpendicular y encarada a la dirección de la corriente.

c) Presión cinética, dinámica o de velocidad: Es la diferencia entre las presiones de impacto y estática (1/2ρv2), que será nula en el caso de fluidos en reposo.

Además, es frecuente encontrar otras definiciones diferentes de presión en función de otras causas distintas al modo de insertarse la sonda de medida, como presión absoluta, hidrostática, manométrica, etc.

Para el caso de líquidos en reposo, se denomina presión hidrostática a la presión que ejerce el peso gravitatorio de la porción de líquido situada por encima de la sonda medidora, siendo realmente una diferencia de presión entre dos puntos. Sin embargo, esta presión hidrostática es despreciable en el caso de gases. También pueden definirse otros tipos de presión en función del equipo con que se mida, que se verán posteriormente en la sección dedicada a los equipos de medida.

Aunque en el SI la unidad de presión es el Pascal (Pa = 1 N/m2), es más frecuente expresar la presión en kPa o MPa. También es muy frecuente la utilización de bar, atm y kg/cm2, unidades

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todas ellas parecidas y prácticamente equivalentes (1 bar 105Pa, 1 atm = 1.013 bar, 1 bar = 1.02 kg/cm2), sin olvidar la unidad de presión del sistema inglés psi (pound per square inch, 1 bar = 14.50 psi).

1.2 Presiones de servicio

Las presiones estáticas de los fluidos durante su flujo varían mucho según las circunstancias. La presión del agua en las redes de suministro de las ciudades oscila entre 2 bar y 7 bar, mientras la presión de aspiración de las bombas suele ser próxima a la atmosférica, la de descarga puede superar las 100 bar.

Los flujos gaseosos suelen clasificarse como de baja, media o alta presión, según que la presión del gas circulante sea inferior a 1.2 bar, entre 1.2 y 3.5 bar o entre 3.5 y 100 bar, respectivamente. Todas estas presiones son alcanzables por los compresores de varias etapas. Siempre que se apliquen presiones superiores a las indicadas, se habla de tecnología de altas presiones, pudiéndose incluir en la misma procesos industriales tan importantes como las síntesis del amoniaco y del metanol y muchas polimerizaciones, hidrogenaciones, etc.

1.3 Instrumentos de medida de presiones

Al margen de la colocación de una sonda para conocer la presión en un punto dado, es necesario conocer el equipo con el que se vaya a medir la presión en ese punto. En función del equipo que se utilice para la medida de la presión en un punto, cabe diferenciar entre presión absoluta (cuando el equipo mide la presión total) o presión sobreatmosférica o manométrica (diferencia de presión respecto a la atmosférica).

En la atmósfera de la corteza terrestre, el aire está ejerciendo una presión continua, por lo que a menudo se considera presión positiva a presiones superiores a la atmosférica, y vacío o presión negativa a las inferiores. Sin embargo, hablando en términos de presión absoluta, es imposible termodinámicamente la existencia de presiones negativas.

Los equipos que miden la presión atmosférica se denominan barómetros, y de ellos, hay barómetros que miden la presión atmosférica absoluta (columnas de líquido, como el de Torricelli), y barómetros que miden la presión atmosférica con respecto a otra de referencia con la que fue calibrado (medida con columna de fluido). En realidad, la presión absoluta únicamente puede medirse con barómetros de columna de fluido. Todos los demás barómetros y otros medidores de presión absoluta miden presiones con respecto a una referencia, que son un calibrado en el caso de barómetros, o bien la presión atmosférica en el caso de otros medidores de presión. Respecto a estos medidores de presión sobreatmosférica que miden con respecto a la presión atmosférica, hay que tener presente que esta varía sensiblemente a lo largo de los días.

Así, en el caso de querer medir la presión absoluta con precisión en un punto concreto con un equipo medidor de presión sobreatmosférica, es necesario sumarle la presión atmosférica medida con un barómetro.

Los equipos que miden presiones de forma mecánica se denominan manómetros, los cuales pueden medir presiones sobreatmosféricas (cuando miden la presión en un punto con respecto a la atmósfera) o de presiones diferenciales cuando miden diferencias de presión entre dos puntos. A continuación se describen los distintos tipos de manómetros:

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- Manómetros Bourdon o de reloj. Las presiones elevadas y grandes rangos de presiones se miden siempre con manómetros metálicos, tipo Bourdon, etc., que se describen con textos y bocetos referentes a medida de alta presión. Un esquema de ellos se muestra en la figura 1.2, donde se observa que la presión produce una deformación en un tubo o espiral curvo (tubo Bourdon) cuyo movimiento se transmite mediante engranajes en una escala graduada. Habitualmente en su escala toman como cero la presión atmosférica, por lo la presión que indiquen los mismos (presión sobreatmosférica ó manométrica) deberá sumársele siempre la atmosférica pues el cero de su escala corresponde a esta última. En ocasiones, se le añade las letras “man” a la unidad de la escala para poner de manifiesto este hecho. Muy ocasionalmente ocurre el hecho contrario, en que la escala tiene en cuenta la suma de la presión atmosférica. En los Bourdon en psi, se sabe si la escala de presión que miden es la absoluta si pone “psi” o sobreatmosférica si pone “psig” (psi gauge).

- Transductores de presión. Son aquellos equipos en los que la presión medida se lee con la ayuda de un circuito eléctrico en un display numérico. Estos están basados en señales eléctricas, aunque el fundamento por el cual miden la presión está basado en la deformación o elongación de un material elástico conductor por la acción de una fuerza transmitida por una membrana elástica en contacto con el fluido. Cuando un conductor eléctrico es estirado por la acción de una fuerza, se produce un incremento de su longitud y una disminución de su sección, con lo que varía la resistencia eléctrica, que se puede medir mediante un puente de Wheastone, y que finalmente, tras el calibrado es observada en una pantalla o es recogida como dato en un ordenador. En este tipo de transductores, el circuito eléctrico es necesariamente de corriente continua. Se denominan transductores de presión piezoresistivos a aquellos que usan un cristal semiconductor (normalmente silicio), en vez de conductores eléctricos convencionales. En este caso la elongación o deformación de un cristal semiconductor en el seno de un campo magnético perpendicular produce un cambio de frecuencia resonante, detectada cuando se conecta el cristal en un circuito de corriente alterna. Estos transductores presentan la ventaja de ser pequeños y producir señales analógicas de potencial muy superiores respecto a los convencionales.

Existen transductores que miden la presión en un punto, denominados de presión absoluta, y otros que miden la diferencia de presión entre dos puntos, denominados transductores de presión diferencial.

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- Tubos manométricos. Para bajas presiones se utilizan los tubos manométricos. Son tubos de vidrio en forma de U que se llenan con un fluido de densidad conocida e inmiscible con el fluido cuya presión se desea medir. Para la medida de la presión en un punto de la conducción, una de sus ramas se comunica con el mismo y la otra con la atmósfera (su medida da la presión sobreatmosférica o manométrica). Para la medida de diferencias de presiones entre dos puntos, cada una de las ramas del tubo en U se comunica con los puntos de la conducción que corresponda.

En un tubo manométrico en U, el fluido manométrico está en reposo (no circula), por lo que la presión en ambas ramas es la misma a igualdad de altura si está ocupado por el mismo fluido manométrico. Así, para medir la presión mediante un tubo en U, se parte de aquella altura máxima en que exista fluido manométrico en ambas ramas (puntos de idéntica presión). A partir de esa altura, se contabilizan las diferentes contribuciones de presión en cada rama, que son las mismas sobre la altura en que empieza a haber fluido manométrico en ambas ramas. Esto puede ilustrarse en la figura 1.3. Supóngase que un depósito de aire comprimido tiene una espita que se conecta a una rama de un manómetro en U que contiene mercurio, y la otra está al aire.

Los puntos 1 y 2 del manómetro están a la misma presión, ya que está a la misma altura el mismo fluido manométrico que está en reposo (P1 = P2). Despreciando la presión hidrostática ejercida por los gases (que es equivalente a despreciar su energía potencial), sobre el punto 1 sólo ejerce presión el aire comprimido en el tanque con su presión PA. Así mismo, sobre el punto 2, ejerce presión tanto una columna de mercurio de altura hm y, por encima de ésta, la presión atmosférica (ya que esa rama está abierta), por tanto:

La inserción de los tubos manométricos en las conducciones varía según se trate de flujos de líquidos o de gases, y se tomará la disposición geométrica más adecuada para que no se escape el fluido manométrico. En las Figuras 1.4 y 1.5 se representan tales inserciones; cuando se mide la presión cuando circula un líquido tanto en un punto de un conducción respecto a la atmosférica, como entre dos puntos de la conducción (el fluido manométrico con mayor densidad que el que circula). Así mismo, las Figuras 1.6 y 1.7 muestran la utilización de tubos manométricos en la circulación de gases, en un punto y entre dos puntos.

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En este caso (Figura 1.4), la densidad del líquido es inferior a la del fluido manométrico m. Además, no puede despreciarse la presión hidrostática de la columna de líquido l. Con el mismo razonamiento anterior:

Aquí (Figura 1.5) se mide la presión diferencial creada por la inserción de un estrechamiento en la conducción. Dado que el líquido ejerce presión hidrostática sobre el fluido manométrico tanto en a como en d, se obtiene que:

En este caso, por encima del fluido manométrico en la rama de la derecha, queda una columna de líquido en ambas ramas, que se cancelan, y no aparecen en la ecuación.

Cuando circulan gases (Figura 1.6), el manómetro puede estar elevado o no respecto al punto de medida. Aunque la presión hidrostática ejercida por los gases es despreciable, en la ecuación que sigue ha sido tenida en cuenta.

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En este caso (Figura 1.7), se mide la presión diferencial entre dos puntos de una conducción por la que circula un gas, obteniéndose la misma expresión que en el caso de la figura 1.5.

A veces las diferencias de presiones entre dos puntos, Pa-Pd, son tan pequeñas que el desnivel del líquido manométrico, hm, también lo es, resultando imprecisa su medida. Puede aumentarse el desnivel hm, bien utilizando un líquido manométrico de menor densidad,  ρm. pues al disminuir la diferencia ( ρm- ρ) se incrementará el mismo, o mediante los manómetros multiplicadores.

En la Figura 1.8., se esquematizan los más habituales. El manómetro multiplicador (a) consiste en un tubo manométrico cuyas ramas verticales se ensanchan en su parte superior en dos depósitos de sección bastante mayor a la de aquel, y que se llena con dos líquidos manométricos inmiscibles, de pesos específicos lo más próximos posibles y que presenten una superficie interfacial nítida. La diferencia de alturas en el depósito multiplicador está relacionada con la diferencia de alturas en el tubo capilar por la relación de secciones de ambas partes, debido a ser idéntico el volumen desplazado en ambas partes. Con la nomenclatura que se especifica en el esquema, el balance de presiones en ambas ramas da:

Las densidades o pesos específicos  ρl y  ρm (kg/m3) de los dos líquidos manométricos se refieren a los que corresponden después de bien mezclados por si fueran algo miscibles; si la razón de superficies transversales s/S es muy pequeña, podrá despreciarse el término en que figura en la ecuación (1.6), pero habrá que cerciorarse de tal circunstancia; convendrá que la diferencia de pesos específicos ( ρm - ρl ) sea lo más pequeña posible, dada su proporcionalidad inversa con hm en la citada ecuación.

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Pueden utilizarse simplemente tubos manométricos inclinados (Figura 1.9), con la escala también inclinada con objeto de ganar precisión en la lectura. Fácilmente se advierte en ellos que la longitud del líquido manométrico, hm que se mide, es la hipotenusa de un triángulo rectángulo, cuyo cateto vertical l es el desnivel que hubiera correspondido a dicho tubo manométrico en posición vertical:

Bastará dar al ángulo de inclinación el valor oportuno para alcanzar la ampliación de lectura que se desee (atención a la escala de ambas ramas, ya que es posible que se requiera sumar o restar la diferencia de lectura de las ramas cuando ambas ramas están a la misma presión).

2. CAVITACIÓN

Es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido pasa a gran

velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido. 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 implotan (el vapor

regresa al estado líquido de manera súbita,

«aplastándose» bruscamente las burbujas)

produciendo una estela de gas y un arranque

de metal de la superficie en la que origina este

fenómeno.

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Es un porceso fisico que es muy parecido al de la ebullición, la diferencia es que la cavitacion es

causada por una caída de la presión local por debajo de la presión de vapor mientras que la

ebullicion lo hace por encima de la presion ambiente local.

2.1 Problemas de la Cavitación en la Ingeniería

-.Las disgregaciones son roturas que se producen en el interior del hormigón por tracciones

internas que el hormigón no puede resistir. Pueden producirse por causas muy diversas.

-.Las acciones de tipo físico que pueden deteriorar al hormigón dando lugar a su desgaste

superficial o a su pérdida de integridad o disgregación pueden ser de diferentes tipos tales como:

hielo y deshielo; abrasión, cavitación y choques térmicos.Desgaste superficial por cavitación El

fenómeno de cavitación ataca a la superficie del hormigón en forma de picaduras que

posteriormente se unen en zonas erosionadas amplias. Se trata de un arrancamiento progresivo

del hormigón.

-.Uno de los cuidados que debe tener un ingeniero (Principalmente cómo ocurre en el hormigón o

concreto). al seleccionar, las parte de una estación de bombeo, es la cavitación, este fenómeno

producido normalmente en las salidas de los alabes del rotor de una bomba y en las paredes de la

tubería es desfavorable, debido a que causa daños y aumenta el costo de mantenimiento. Por esta

razón el presente trabajo tratara de exponer en sus posibilidades de una manera clara y amplia el

fenómeno de la cavitación.

-.En la ingeniería naval se estudia el fenomeno, para 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 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 supone la presencia de gran cantidad de energía que puede causar

enorme daño.

-.La cavitación puede dañar 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 bomba o hélice.

-.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 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

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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.

La cavitación, ocurre en el momento en que un liquido es sometido a una presión (P1) igual o

menor que su presión de vaporización (Pv) instantes después es regresado a una presión mayor

(P2), a la presión de vapor de este. En el intervalo de estos dos sucesos se forman pequeños

burbujas de estado gaseosos, las cuales al ser comprimidas por la presión mayor (P2), dejan un

espacio ocasionando que las pequeñas partes en estado liquido se aceleren y choquen unas con

otras.

Además se sabe que los árboles succionan la savia sometiéndolas a esfuerzos de tensión, pero

nadie a podido explicar este fenómeno, sin embargo si sometemos un liquido a esfuerzos de

tensión reduciéndole la presión entrara en ebullición si esta es demasiada baja, de hay la

importancia de cuidar la presión de succión en las bombas.

En la naturaleza el mercurio es uno de los metales líquidos mas excepcionales debido entre otras

cosas a su punto de evaporización en 20 ºC ocurre a 0.168 Pa, debido a esto es que es muy

aplicado en la instrumentación por que su punto de vaporización esta muy bajo, comparado con el

del agua el cual ocurre en la misma temperatura a 2337 Pa, sin embargo por ser este ultimo el

fluido mas común vale la pena realizar un análisis de las condiciones de trabajo de este con el fin

de evitar en las bombas una presión menor a la de vaporización.

2.2 Efectos de la Cavitación

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

eficiencia y pudiendo causar serios daños como la corrosión de partículas de metal (pitting)

Cuando las burbujas de vapor se implotan se produce una especie de martilleo lo que produce un

deterioro en las paredes de la carcaza, de las palas del impulsor el cual el daño esta en función de

la proximidad en que se encuentran estas implosiones.

Los efectos que tiene sobre la maquinaria de bombeo son:

Efecto Mecánico: Con las implosiones se decrecen los diámetros de las burbujas, las partículas

en estado liquido se aceleran y se desplazan hacia el centro de estas burbujas chocando entre si,

estos choques provocan sobrepesiones (golpe de ariete) que se propagan en todas las direcciones

Page 10: Presion y Cavitacion

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 mas 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

mas eficiente, con lo cual debemos de tener un criterio amplio para evitar el fenómeno de la

cavitación. Entre las bombas más supcebtibles 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.

Efecto Químico: Con la implotación de las burbujas se liberan iones de oxigeno que como

sabemos atacan las superficies de los metales.

2.3 Naturaleza de la Cavitación

Actualmente se sabe que la cavitación es debida principalmente a la acción mecánica de impactos

rápidos, a manera de explosiones de las partículas de líquido, aunque no se descarta la posibilidad

de acción química corrosiva, cuya naturaleza no se ha llegado a dilucidar por completo.

Los impactos que se generan son periódicos, es decir, se produce un fenómeno vibratorio que

aumenta la erosión del material por fatiga.

2.4 Descripción del Fenómeno

La cavitación se produce siempre que la presión en algún punto o zona de la corriente de un

líquido desciende por debajo de un cierto valor mínimo admisible. Esta baja que sufre la presión es

debida a los efectos dinámicos de un líquido al escurrir, siguiendo fronteras curvas o alrededor de

cuerpos sumergidos.

El fenómeno consiste en un cambio rápido y explosivo de fase líquida a vapor. Si el liquido fluye a

través de una región donde la presión es menor que su presión de vapor, éste hierve y forma

burbujas. Estas burbujas son transportadas por el líquido hasta llegar a una región de mayor

presión, donde el vapor regresa al estado líquido de manera súbita aplastándose bruscamente las

burbujas. Este fenómeno se llama CAVITACIÓN

Page 11: Presion y Cavitacion

Cuando un líquido fluye a través de una región

donde la presión es menor que su presión de

vapor, el líquido hierve y forma burbujas de

vapor.

Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o

en contacto con una pared sólida cuando

cambian de estado, las fuerzas ejercidas por el

líquido al aplastar la cavidad dejada por el vapor

dan lugar a presiones localizadas muy alto, ocasionando picaduras sobre la superficie sólida.

El fenómeno generalmente va acompañado de ruido y vibraciones, dando la impresión de que se

tratara de grava que golpea en las diferentes partes de la máquina.

Cuando por culpa de girar muy rápido, o por exceso de velocidad del barco, la presión de la cara

anterior de la hélice (la que está más a proa) decae a valores muy pequeños. En estas

condiciones, en la zona con depresión se forman burbujas de vapor por culpa del vacío que se ha

creado. ¡El agua verdaderamente hierve pero a temperatura ambiente! Cuando las burbujas de

vapor que se han creado (por ejemplo en un milisegundo o de forma casi instantánea) salen de

esta zona de la hélice y vuelven a una zona con presión normal, se colapsan y se condensan otra

vez en líquido. Durante el proceso de condensación este colapso es muy violento produciendo

vibraciones ruidos y pérdidas de prestaciones. La cavitación puede estropear fácilmente una hélice,

mellando sus bordes de ataque, doblando las palas o picando su superficie.

Cuando existe cavitación en sus aplicaciones, Se perciben los síntomas: sonido alto y seco que le

avisa que algo anda mal. Cavitación no es solo aquel sonido fastidioso. A medida que el tiempo

pasa, la cavitación desgasta la válvula, destruyéndola lentamente por dentro requiriendo

reparaciones que involucran que la válvula quede fuera de servicio y gastos significantes.

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 la limpieza de

las superficies.

Page 12: Presion y Cavitacion

2.5 Supercavitación

Propulsar un cuerpo bajo el agua necesita gran cantidad de energía. Desplazándose rápidamente

aún consume más energía pues la resistencia al avance del agua contra una superficie sumergida

aumenta con la velocidad.Los ingenieros navales constantemente tratan de mejorar los cascos de

los barcos con el objetivo de minimizar la fricción del agua.

Los científicos han hallado una nueva forma de evitar la resistencia al avance del agua, lo que

permite desplazarse a alta velocidad. La idea es minimizar la superficie húmeda del cuerpo en

movimiento encerrándolo en una burbuja de gas de baja densidad.La supercavitación es la versión

extrema de la cavitación en la que se forma una única burbuja de manera que envuelve el objeto

en desplazamiento casi por completo.

Un cuerpo con supercavitación tiene una resistencia extremadamente baja, porque la fricción sobre

su superficie es casi inexistente. En lugar de estar rodeado de agua, se rodea del vapor del agua

que se forma en la burbuja. Como el vapor tiene una densidad y viscosidad mucho menor que el

agua líquida, el cuerpo puede avanzar mucho más rápido.

La supercavitación es difícil de obtener, el cuerpo que quiera usarla debe estar moviéndose a una

gran velocidad: al menos 180 km/h, según algunos expertos. Esa es una velocidad muy superior a

la que se obtiene en cuerpos que actualmente se mueven en el agua. Por otra parte, la forma de la

cabeza también tiene que ser diferente, debería ser chata. Así a grandes velocidades el fluido es

forzado a moverse desde el borde de la cabeza con tanta velocidad, en un ángulo especial, que no

toca la superficie del cuerpo.

Por eso, en un cuerpo supercavitatorio, solamente la cabeza causa una resistencia significativa, ya

que es la única parte que está en contacto real con el agua líquida. Sin embargo, estamos ante una

paradoja: cuando más chata sea la cabeza, más

alta será la resistencia. Es por eso que hay que

conseguir un punto medio, y las mejores cabezas

son las que están ligeramente curvadas.El

asunto es que la resistencia general se reduce

enormemente una vez que se alcanza un

régimen de supercavitación, y luego aumenta

linealmente con la velocidad (y no

geométricamente). Mucha de la teoría todavía no

esta en papel, ya que se trata de cálculos muy complicados.

Page 13: Presion y Cavitacion

Bombas y hélices

Desgaste producido por la cavitación en un rodete de una bomba centrífuga

Otro ejemplo de desgaste producido por la cavitación en un rodete de una bomba centrífuga.

Los álabes de un rodete de una bomba o de la hélice de un barco se mueven dentro de un fluido,

las áreas de bajas presiones se forman cuando el fluido se acelera a través de los álabes. 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 de nuevo 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 succión presenta grandes cavidades producidas por los trozos de

material arrancados por el fenómeno, esto origina el fallo prematuro de la bomba.

Page 14: Presion y Cavitacion

Cavitación de descarga

La cavitación de descarga sucede cuando la descarga de la bomba está muy alta. Esto ocurre

normalmente en una bomba que está funcionando a menos del 10% de su punto de eficiencia

óptima. La elevada presión de descarga provoca que la mayor parte del 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 otro tipo de plantas como las vides la cavitación puede

llevarlas a la muerte. En algunos árboles la cavitación es claramente audible.