Cavitación

Se conoce con el nombre de transitorios a los fenómenos de variación de presiones en las conducciones a presión, motivadas en variaciones proporcionales en las velocidades.

Para cumplir con su objetivo, las líneas de conducción se diseñan y operan en condiciones de flujo permanente. Sin embargo, en la operación son inevitables regímenes de transición de un flujo permanente a otro. Al menos una vez, en el inicio de su operación, la línea de conducción necesita ser llenada de agua; en ocasiones tiene que ser vaciada y llenada de nuevo. Cada arranque o paro de bombas, y cada apertura o cierre de válvulas en la conducción generan un régimen de transición en que varían de forma importante los parámetros hidráulicos (velocidad y presión) encada punto de la línea. El paro de las bombas puede ser programado y controlado (cuando se realiza por el operador de la planta de bombeo) o accidental y no controlado (cuando se interrumpe el suministro de energía eléctrica a los equipos de bombeo por una falla en el sistema eléctrico).

Este último caso resulta ser mucho más peligroso y puede presentarse en cualquier conducción por bombeo. Los regímenes de transición en las condiciones hidráulicas de la conducción tienen diferente duración. Mientras que el llenado y el vaciado de la línea son lentos y duran de varias horas a varios días, el régimen de transición hidráulica en las tuberías después de un paro o arranque de las bombas o un cierre o apertura de válvulas dura apenas varios segundos o minutos. Por esta razón se le denomina fenómeno transitorio hidráulico rápido

A pesar de ser de corta duración, los transitorios hidráulicos rápidos pueden ser muy peligrosos, ya que por ser bruscos generan variaciones de presión muy importantes que en ocasiones pueden llegar a reventar la tubería debido a presión alta o hacen ésta se colapse bajo la acción de la presión

Dentro de los fenómenos transitorios que existen veremos lo que se conoce como cavitación y golpe de ariete

Uno de los cuidados que debe tener un ingeniero al seleccionar las tuberías o sistemas de bombeo es la cavitación y golpe de ariete ya que pueden llegar a destruir la instalación.

La cavitación es un fenómeno muy importante de la mecánica de los fluidos y de particular influencia en el funcionamiento de toda máquina hidráulica.

Por cavitación se entiende la formación de bolsas localizadas de vapor dentro del líquido, pero casi siempre en las proximidades de las superficies sólidas que limitan el líquido.

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 liquido; arrastrando consigo partes del metal del que está compuesta la tubería que lo contiene.

Se puede definir mecánicamente como la ruptura del medio de líquido continuo bajo el efecto de tensiones excesivas.

El fenómeno del golpe de ariete, también denominado transitorio, se refiere a las fluctuaciones causadas por un repentino incremento o disminución de la velocidad del flujo. El citado cambio puede estar provocado por una restricción de sección, un cambio de dirección brusco o el cierre de una válvula.

El golpe de ariete es de régimen variable, en que la tubería ya no es rígida y el líquido es compresible.

CAVITACIÓN

La cavitación es un fenómeno que se debe considerar en el diseño de una gran variedad de máquinas sobre las cuales hay fluido circulante. Bajo determinadas condiciones, la cavitación puede disminuir la potencia suministrada y el rendimiento de las turbinas; también puede producir vibraciones, ruido y la erosión de los materiales más cercanos.

La formación de cavitación y sus consecuencias son función de muchos factores, tales como el diseño y tamaño de la máquina, la velocidad específica o el punto de funcionamiento, entre otros. La influencia de estos factores ha sido estudiada por muchos investigadores en modelos de máquinas hidráulicas en laboratorio (ver por ejemplo Hammitt (1980), Laperrousaz et al. (1994) y Bourdon et al. (1994)), y concluyen que aún no es posible conseguir la predicción de la influencia de estos factores con precisión satisfactoria. Es necesario evaluar aún más la cavitación con datos ya existentes, hacer comparaciones en unidades con geometría similar y en unidades con diferentes velocidades. La evaluación debe ser auxiliada con estudios utilizando modelización y simulación para determinar el posible lugar de aparición de la cavitación.

Desde el punto de vista de utilización, si la cavitación es inevitable, hay que saber si un determinado diseño de máquina, aunque con algunas restricciones, puede funcionar dentro de patrones aceptables. A menudo, la operación con alguna cavitación se tolera debido a necesidades operacionales.

Las excitaciones debidas a la cavitación generalmente son de banda ancha y ocurren a altas frecuencias, dependiendo del tipo y del punto de funcionamiento de la máquina.

La cavitación se define como la formación y posterior colapso (implosión) de burbujas de gas (cavidades) en el seno de un fluido. La formación, precisamente, de estas cavidades tiene lugar cuando la presión de un líquido baja por debajo de la tensión de vapor (P v). El gas puede ser aire, gas disuelto en el líquido considerado o normalmente vapor del propio líquido.

Cuando la presión de un fluido baja hasta un valor cercano a la presión de vapor para las condiciones termodinámicas existentes (temperatura) el fluido comienza a ebullir. Es bien sabido que si la presión de un líquido disminuye lo suficiente, comenzará a evaporarse; esto es: una parte del mismo sufrirá una transformación de fase, pasando del estado líquido al gaseoso. La presión a la que este fenómeno tiene lugar es la denominada

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