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.

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

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.

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.