UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA CIVIL

DEPARTAMENTO DE HIDROLOGA

CURSO: MECNICA DE FLUIDOS I (HH-223-I)

TEMA:cavitacinALUMNO:

DE LA CRUZ SALAZAR, JOS EDUARDOCDIGO:

952125F

Lima, 15 de junio de 1999

MECANICA DE FLUIDOS I

INFORME ESPECIALCAVITACINEl fenmeno de la cavitacin es de gran importancia en el diseo de mquinas hidrulicas de alta velocidad, tales como turbinas, bombas y hlices marinas, en las estructuras de derrame y de flujo subterrneo de presas de gran altura, y en el movimiento a gran velocidad de cuerpos sumergidos (por ejemplo, submarinos y perfiles hidrodinmicos).

La cavitacin tambin puede ser de significancia crtica en el diseo de lneas de tubera y en ciertos problemas de mediciones de fluido. Aunque tpicamente considerada como un problema de agua, la cavitacin ha llegado a ser de incumbencia en una gama de flujos de lquidos, incluyendo los de metales lquidos y de bombas de fluidos criognicos, y en una variedad de reas, que incluyen la medicina y la limpieza industrial.

Se puede esperar que la cavitacin ocurra en un lquido de circulacin,( la cavitacin no puede ocurrir en un gas debido a la capacidad de este a expandirse ) siempre que la presin local desciende hasta la presin de vapor del lquido. En este punto ocurrir la vaporizacin local de ese lquido, causando el desarrollo de burbujas o cavidades llena de vapor dentro del flujo. La cavitacin se acompaa con frecuencia de erosin (picadura) de las superficies slidas de lmite en las mquinas o perfiles hidrodinmicos, prdidas de eficiencias y serios problemas de vibracin.La naturaleza de la cavitacin se puede observar con mayor facilidad por medio de un estudio del flujo ideal de un lquido a travs de una constriccin en un pasaje. Con la vlvula parcialmente abierta, la variacin de la carga de presin a travs del pasaje y la constriccin, se da por la lnea de gradiente hidrulico A, ocurriendo el punto de presin ms baja en el rea mnima en donde la velocidad es la ms alta. El aumento de abertura de la vlvula (que ocasiona un rgimen de flujo mayor) produce la lnea de gradiente hidrulico B, para la cual la presin absoluta en la garganta de la constriccin desciende hasta la presin de vapor del lquido, causando la iniciacin de la cavitacin. Otra adicin en la abertura de la vlvula no aumenta el rgimen del flujo, pero sirve para extender la zona de presin de vapor corriente debajo de la garganta de la constriccin; aqu la corriente viva de lquido se separa de las paredes del lmite, produciendo una cavidad en la cual la presin media es la presin de vapor del lquido. La cavidad contiene una masa de pequeas gotas y de vapor en agitacin la cual, aunque parece estable a simple vista, en realidad se forma y reforma muchas veces por segundo.

En la Fig. 1 se muestran en forma esquemtica la formacin y la desaparicin de una cavidad simple, y la desaparicin de la cavidad es la clave de la accin destructiva causada por la cavitacin. La cavidad de baja presin es arrastrada con rapidez abajo hasta una regin de alta presin, donde se colapsa sbitamente, apresurndose entonces el lquido que la rodea a llenar el vaco. El lquido entrante se rene en el punto de desaparicin de la cavidad, elevando en forma momentnea la presin local dentro del mismo lquido hasta un valor muy alto.

Si el punto de colapso de la cavidad se encuentra en contacto con la pared de lmite, sta recibe un golpe como el de un pequeo martillo, y su superficie se puede esforzar ms all del lmite elstico, lo que produce una fatiga, un probable favorecimiento de la corrosin qumica y la destruccin eventual del material de la pared.

Otra forma de cavitacin es la de cavidad de estado estable que se observa con frecuencia en los vrtices de extremo de las hlices marinas o que rodean a los perfiles hidrodinmicos de alta velocidad. Para la prueba de modelo en un tnel de agua, el nmero de cavitacin ser el siguiente:

Se determina por la presin Po en el flujo corriente arriba del propulsor, la presin de vapor PV que existe en las cavidades sobre las aspas, la densidad del liquido ( y la velocidad de avance V0 del propulsor. Como el propulsor se encuentra fijo en el tnel , V0 es la velocidad del agua en el tnel , corriente arriba de aquel.

Uno de los objetivos usuales en el diseo de maquinaria y estructuras hidrulicas, es la prevencin de la cavitacin, que el proyectista logra por medio de formas mejoradas de superficies de limite y por la fijacin de limites mas all de los cuales no deben operarse la maquina o la estructura. En el caso de buques de alta velocidad y de bombas modernas de alto rendimiento, existe poca esperanza de evitar la cavitacin a gran escala sobre las hlices y los impulsores de las bombas.

Entonces , el objetivo del diseo es el de predecir la naturaleza exacta de la cavitacin y de controlar su extensin de modo que no daen la maquinaria .Como resultado se pueden fabricar propulsores y bombas totalmente cavitantes , que tengan un comportamiento pronosticable y confiable INCRUSTAR Equation.3

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