informe cavitacion

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFECIONAL DE INGENIERIA DOCENTE: TRABAJO: CAVITACION Y GOLPE DE ARIETE CURSO: MECANICA DE FLUIDOS INTEGRANTES:  Díaz Correa, Harland  Villar Saldaña Dennis  Argomedo Armas, Leidin  Alvarado Díaz, Juan

INTRODUCCION A continuación veremos 2 fenómenos importantes que suceden en lo relacionado a la mecánica de fluidos conocidos como la cavitación y el golpe de ariete, debemos tener sumo interés y cuidado al hablar de estos dos ya que cuando manejemos tuberías en nuestra carrera de ING. Civil. Será de suma importancia para que no suceda un mal cálculo que podría terminar en una tragedia.

OBJETIVOS: Ampliar nuestros conocimientos en los temas de cavitación y golpe de ariete.

Tener en cuenta la importancia de un cuidado responsable de las tuberías.

CAVITACION Es un fenómeno que 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. El fenómeno puede producirse lo mismo en estructuras hidráulicas (tuberías, válvulas, etc) que en máquinas hidráulicas (bombas, hélices, turbinas, etc.)

¿CUANDO PUEDE HABER CAVITACION? Este es un fenómeno físico, que ocurre en los sistemas de tuberías mediante el cual el líquido, en determinadas condiciones pasa a estado gaseoso y unos instantes después pasa nuevamente a estado líquido.

Este fenómeno tiene dos fases: Fase 1

Fase 2

Cambio de estado líquido a estado gaseoso.

Cambio de estado gaseoso a estado Liquido

Ejemplos de cavitación: La cavitación es un fenómeno muy frecuente en sistemas hidráulicos donde existen cambios demasiado bruscos del líquido.

En partes móviles:  Alabes de turbinas

 Rodetes de bombas

 Hélices de barcos

En partes no móviles:

 Estrangulamientos bruscos:

 Regulación mediante orificios

 Válvulas Reguladoras:

TIPOS DE CAVITACION:

Existen dos tipos de cavitación, uno con flujo y otro estando el líquido estático.

1.- Cavitación por flujo.

En tuberías donde la presión estática del líquido alcanza valores próximos al de la presión de vapor del mismo, tal como puede ocurrir en la garganta de un tubo Venturi, a la entrada del rodete de una bomba centrifuga o a la salida del rodete de una turbina hidráulica de reacción.

2.- Cavitación por ondas. Aparecen cuando estando el líquido en reposo por él se propagan ondas como las ultrasónicas denominándose cavitación acústica o típicas ondas por reflexión sobre paredes o superficies libres debido a ondas de compresión o expansión fruto de explosiones y otras perturbaciones como en el caso del golpe de ariete denominadas cavitación por shock.

DAÑO POR CAVITACION: El daño por cavitación es una forma especial de corrosión-erosión debido a la formación y al colapso de burbujas de vapor en un líquido cerca de una superficie metálica, que ocurre en turbinas hidráulicas, hélices de barcos, impulsores de, bombas y otras superficies sobre las cuales se encuentran líquidos de alta velocidad con cambios de presión. Un daño por cavitación tiene un aspecto semejante a picaduras por corrosión, pero las zonas dañadas son más compactas y la superficie es más irregular en el caso de la cavitación. El daño por cavitación se atribuye parcialmente a efectos de desgaste mecánico. La corrosión interviene cuando el colapso de la burbuja destruye la película protectora, como se muestra esquemáticamente en la siguiente figura, con los pasos siguientes:

1.- Se forma una burbuja de cavilación sobre la película protectora.

2.- El colapso de la burbuja causa la destrucción local de la película.

3.- La superficie no protegida del metal está expuesta al medio corrosivo y se forma una nueva película por medio de una reacción de corrosión.

4.- Se forma una nueva burbuja en el mismo lugar, debido al aumento de poder nucleante de la superficie irregular.

5.- El colapso de la nueva burbuja destruye otra vez la película.

6.- La película se forma de nuevo y el proceso se repite indefinidamente hasta formar huecos bastante profundos.

METODOS DE PREDICCION: Para efectos de diseño o revisión de obras ya construidas es necesario contar con métodos de predicción, que permitan saber si la obra es susceptible a daños por cavitación. Para efectos prácticos es más común tratar de predecir en qué zonas hay posibilidad de erosión por cavitación debida a superficies rugosas, el método de Echávez G.,1979, quien propuso valuar el índice local de cavitación, k, para una superficie sujeta a ciertas condiciones hidráulicas, y compararlo con el índice de cavitación local incipiente, ki, obtenido en laboratorio para situaciones similares, si ki>k, existe la posibilidad de cavitación. En el caso de superficies rugosas el índice de cavitación local k, según el mismo autor puede calcularse con la ecuación:

Donde: K: Rugosidad equivalente de nikuradse de la superficie Vk: Velocidad del flujo a una distancia K de la superficie Las demás variables ya han sido definidas. La velocidad vk a su vez puede calcularse con la fórmula:

Donde: H: caída vertical, medida desde la superficie libre del vaso a la superficie del escurrimiento. X: distancia de la cresta del cimacio al punto de análisis.

GOLPE DE ARIETE: El golpe de ariete o pulso de Zhukowski; Llamado así por el ingeniero ruso NikoláiZhukovski es junto a la cavitación, el principal causante de averías en tuberías e instalaciones hidráulicas. El golpe de ariete se origina debido a que el fluido es ligeramente elástico (aunque en diversas situaciones se puede considerar como un fluido no compresible). En consecuencia, cuando se cierra bruscamente una válvula o un grifo instalado en el extremo de una tubería de cierta longitud, las partículas de fluido que se han detenido son empujadas por las que vienen inmediatamente detrás y que siguen aún en movimiento. Esto origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería a una velocidad que puede superar la velocidad del sonido en el fluido. Esta sobrepresión tiene dos efectos: comprime ligeramente el fluido, reduciendo su volumen, y dilata ligeramente la tubería. Cuando todo el fluido que circulaba en la tubería se ha detenido, cesa el impulso que la comprimía y, por tanto, ésta tiende a expandirse. Por otro lado, la tubería que se había ensanchado ligeramente tiende a retomar su dimensión normal. Conjuntamente, estos efectos provocan otra onda de presión en el sentido contrario. El fluido se desplaza en dirección contraria pero, al estar la válvula cerrada, se produce una depresión con respecto a la presión normal de la tubería. Al reducirse la presión, el fluido puede pasar a estado gaseoso formando una burbuja mientras que la tubería se contrae. Al alcanzar el otro extremo de la tubería, si la onda no se ve disipada, por ejemplo, en un depósito a presión atmosférica, se reflejará siendo mitigada progresivamente por la propia resistencia a la compresión del fluido y la dilatación de la tubería.

Ejemplo:

En la realidad:

* Cerrar rápido una válvula * Abrir rápido una válvula * La alta velocidad de un líquido (como al arranque

Acciones Típicas que causan el golpe de Ariete: de una bomba) y que súbitamente cambie de

dirección (como al pasar a través de un codo de 90º) * El movimiento del aire retenido en un sistema Para determinar la presión total que el sistema debe resistir, al incremento de presión generado debe agregársele la presión del fluido ya existente en el sistema de tuberías.

Si no se considera el golpe de ariete, entonces el incremento repentino de presión puede ser suficiente para provocar los siguientes problemas: Reventar la tubería, Romper las conexiones, Romper las válvulas

CAUSAS Golpe de ARIETE

¿Cómo prevenir el Golpe de Ariete? Mantener la velocidad del fluido por debajo de 1.5 mt/seg. (5pies/seg.) Utilizar válvulas con actuador con velocidades controladas de apertura y cierre. Instruir a los operadores de válvulas manuales en la apropiada velocidad de apertura y cierre. Al arrancar una bomba, cerrar parcialmente la válvula en la línea de descargas para minimizar la aceleración del volumen

Golpe de ARIETE

Su prevención:

del líquido a través del sistema. Abrir completamente la válvula, después de que la línea se llene completamente. Utilice una válvula de retención (check) en la línea de la tubería, cerca de la bomba, para mantenerla llena. Utilice válvulas eliminadoras de aire para controlar la cantidad de aire que se admita o se elimine a través del sistema de tuberías. Diseñe el sistema de modo que la presión total (de operación más Golpe de Ariete) no exceda el rango de presión del componente clasificado como el más bajo del sistema Es muy importante y determinante al manejo correcto de las válvulas como de bola, compuertas, globo y válvulas automatizadas en el sistema de cerrado y abierto de líneas

CONCLUSIONES:

Determinar el valor de presión de saturación del fluido a trabajar Establecer la altitud del lugar de trabajo Calcular el valor de la máxima altura de succion de la bomba (NPSH) (Altura Neta Positiva en la Aspiración) si este valor es muy alto, buscar reducirlo, disminuyendo la altura de aspiración. Si lo anterior no da resultado, eliminar accesorios de la tubería de succión. La cavitación es un fenómeno que 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. El fenómeno puede producirse lo mismo en estructuras hidráulicas estáticas (tuberías, Venturis, etc.), que en máquinas hidráulicas (bombas, hélices, turbinas). Por los efectos destructivos que en las estructuras y máquinas hidráulicas mal proyectadas o mal instaladas produce la cavitación es preciso estudiar este fenómeno, para conocer sus causas y controlarlo.

BIBLIOGRAFÍA 1.- Mecánica de los fluidos Autor: Streeter and Wylie. 2.- Manual del Ingeniero Mecánico Autor: Edward H. Smith. 3.- Manual del Ingeniero Civil. Autor: Frederick S. Merritt, M. Kent Loftin, Jonathan T.