SUBCAPI TULO I: CAVITACION

1. Marco referencial:4.1 . - HISTORIA:

La cavitación es un fenómeno típico de las tuberías, bombas y las

turbinas hidráulicas, la presencia de este fenómeno en las

maquinas hidráulicas representa una problemática de relevada

importancia que repercute en la eficiencia de los equipos en este

caso en las tuberías, bombas, etc.

Con los trabajos de Euler en 1574 se iniciaron los estudios sobre

cavitación en hélices de barcos, pero su importancia en la

Industria no fue marcada hasta mediados del siglo XIX, cuando

Reynolds investigo sobre sus efectos.

4.2. - DEFINICION:

1.-Según CHEROQUE, WENDOR (pag.7) en la práctica de la

hidráulica hay situaciones en que el agua resulta con presiones

muy pequeñas (pe) y si los valores son tan bajos que se acercan

a la presión de vapor (pc), parte del agua entra en ebullición con

desprendimiento de burbujas de vapor (ZONA A), estas bolsas de

vapor son arrastradas a la ZONA B donde la presión del líquido es

mayor y entonces se produce una implosión de las burbujas.

2.-Según REYES, JORGE define a la cavitación como una

vaporización local del líquido, inducido por una reducción

hidrodinámica; en contraste a la ebullición, la cual puede ser

causada por la introducción de calor o por la reducción de la

presión estática ambiente del líquido.

3.- La CAVITACION es un fenómeno físico mediante el cual un

líquido en determinadas condiciones pasa a estado gaseoso y

unos instantes después pasa nuevamente a estado líquido.

4.3 . – FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA CAVITACION:

En la literatura consultada [6,3] se plantea que intervienen

diversos factores que intervienen en la presencia del fenómeno

como:

Relacionados con el fluido

- La temperatura

- La densidad del fluido

- Las propiedades fisico-mecanicas

- La concentración de los gases

- La composición química

- El pH

4.4 . – FISICA DEL FENOMENO:

La cavitación se puede presentar en cualquier punto de un circuito

hidráulico, como en tubos Venturi, huecos, protuberancias, etc.

Las burbujas generadas son transportadas aguas abajo por la

corriente hasta zonas donde a presión es más alta, dando lugar al

brusco colapso de las mismas. La condición física fundamental

para la aparición de la cavitación es evidentemente, que la

presión en el punto de formación de las burbujas disminuya hasta

la presión de vapor del líquido en cuestión.

4.5. – ETAPAS DE LA CAVITACION:

La cavitación se divide en el proceso de formación de burbujas y

en el de implosión de las mismas

4.6. – TIPOS DE BURBUJAS:

Generalmente las burbujas que se forman dentro de un líquido y

que producen el fenómeno de cavitación son de dos tipos:

burbujas de vapor y las burbujas de gas.

a) Burbujas de vapor: se forman debido a la vaporización del

líquido bombeado, estas se forman en un punto interior de la

bomba en la que la presión estática del ambiente es menor

que la presión de vapor de líquido.

b) Burbujas de gas: Se forman por la presencia de gases disueltos del líquido

bombeado, en este caso la formación de burbujas se da en el

interior de la bomba en una región en la cual la presión

estática es menor que la presión del gas.

4.7. – TIPOS DE CAVITACION:

Se puede clasificar de acuerdo a la forma en la que se produce,

según el grado de desarrollo de la misma y según la forma de

manifestarse macroscópicamente.

a) SEGÚN LA FORMA EN LA QUE SE PRODUCE - Cavitación de vapor: puede ser hidrodinámica, creada por

depresiones locales debido a la aceleración del fluido, o

acústica, debido a ondas de presión transmitidas por el fluido.

- Cavitación gaseosa: ocasionada por la introducción, dedo el

exterior de energía en puntos del líquido.

b) SEGÚN EL GRADO DE DESARROLLO DE LA MISMA - Cavitación incipiente: es una etapa inicial de la cavitación en

la que empieza a ser visible la formación de las burbujas.

- Cavitación desarrollada: se trata de una etapa en la que se

tiene un numero de burbujas lo suficientemente elevado

como para producir una modificación del campo

hidrodinámico.

- Supercavitacion: cuando se tiene una superficie solida

sumergida se extiende ocupando en su totalidad dicha

superficie.

Ejemplo: en las hélices de lanchas rápidas en las que

las condiciones ante la cavitación son muy críticas.

- Cavitación separada: etapa final de la cavitación cuando esta

próxima a desaparecer.

c) SEGÚN SU MANIFESTACION MICROSCOPICA - Cavitación de burbujas aisladas: cuando el

número de burbujas es muy denso da

lugar a la llamada cavitación de nube.

4.8. – COMO EVITAR EL FENOMENO DE LA CAVITACION:

- Evite usar codos de 90°. Use pares de codos de 45° para

reducir la fricción.

- Trabaje cuidadosamente a fin de minimizar la posibilidad de

entradas de aire.

- Evite los lomos o dobleces en el tubo de admisión. Estos

pueden atrapar burbujas que restringirán el flujo (como en un

sifón).

- El agua debe fluir con facilidad.

SUBCAPITULO II: GOLPE DE ARIETE2. Marco referencial:

5.1 . - HISTORIA:

El golpe de ariete es un problema clásico en Mecánica de fluidos,

habiendo correspondido a N.E. Joukovsky y a L. Aleleví el

establecimiento de los fundamentos básicos de su análisis, entre 1897 y

1903.

Desde esa fecha han sido muy numeroso los estudios llevados a cabo

por diferentes autores sobre el tema, tanto en lo relativo a

procedimientos de cálculo como al diseño y a la caracterización de

dispositivos de protección, sin que, a pesar de ellos, el tema pueda

considerarse cerrado.

El golpe de ariete (choque hidráulico) es el incremento momentáneo en

presión, el cual ocurre en un sistema de agua cuando hay un cambio

repentino de dirección o velocidad del agua. Cuando una válvula de

rápido cierre cierra repentinamente, detiene el paso del agua que está

fluyendo en las tuberías, y la energía de presión es transferida a la

válvula y a la pared de la tubería.

5.2. - DEFINICION:

1.-Según KRON, J, el GOLPE DE ARIETE es el incremento

momentáneo en presión el cual ocurre en un sistema de agua cuando

hay un cambio repentino de dirección o velocidad del agua.

2.- Según CHEROQUE, WENDOR define al GOLPE DE ARIETE es

aquel que consiste en la alternancia de depresiones y sobrepresiones

debido al movimiento oscilatorio del agua en el interior de la tubería, es

decir, básicamente es una variación de presión, y se puede producir

tanto en impulsiones como en abastecimientos por gravedad.

5.3. – CAUSAS DEL GOLPE DE ARIETE:

Las causas del golpe de ariete son muy variadas. Sin embargo, existen

cuatro eventos comunes que típicamente inducen grandes cambios de

presión:

- El arranque de la bomba puede inducir un colapso rápido del

espacio vacío que existe aguas abajo de la bomba.

- Un fallo de potencia en la bomba puede crear un cambio

rápido en la energía de suministro del flujo, lo que causa un

aumento de la presión en el lado de succión y una

disminución de presión en el

lado de la descarga.

- La abertura y cierre de la válvula es fundamental para una

operación segura de la tubería.

- Las operaciones inapropiadas o la incorporación de

dispositivos de protección de las oscilaciones de presión

pueden hacer

más daño que beneficio

De la misma manera podemos mencionar que se origina por:

- Operación de bombas

- Manipulación momentánea de válvulas

En un sistema con conducción por gravedad el golpe de ariete es debido a

abrir o cerrar una válvula y cuando la conducción es por bombeo se debe l

arranque o parada de una bomba.

5.4. – EFECTOS QUE PRODUCE EL GOLPE DE ARIETE:

Como consecuencia del aumento brusco y repentino de la presión

dentro de un conducto ocasionada por el golpe de ariete, en un

sistema de abastecimiento de agua potable pueden producirse los

siguientes efectos:

a) Ruido. Quizás sea el efecto menos nocivo (no afecta al

sistema como tal), pero afecta a las poblaciones cercanas al lugar

en donde se produce el golpe de ariete, interrumpiendo sus

actividades y provocando alteraciones en su conducta lo cual

puede generar estrés.

b) Vibraciones. Las variaciones de presión al momento de ser

absorbidas por el sistema generan vibraciones en las tuberías y

en las estructuras cercanas al tramo afectado, ocasionando

debilitamiento en su resistencia, agrietamiento (causa de fugas),

también pueden aflojar el terreno causando inestabilidad y

hundimientos en el suelo.

c) Falla en bombas, válvulas y otros accesorios. Cada uno

de los

componentes del sistema esta diseñado para soportar un valor de

presión determinado e incluso tienen un cierto margen de

tolerancia, pero el aumento de presión que ocurre en un golpe de

ariete puede sobrepasar ese límite y causar desperfectos en los

artefactos.

d) Ruptura de tuberías. El caso más indeseable que puede

presentarse a causa del golpe de ariete es el colapso de algún

tramo de tubería.

5.5. – FORMAS DE EVITAR O REDUCIR EL GOLPE DE ARIETE:

El fenómeno del golpe de ariete se hace importante, y merece

atención,

Cuando las condiciones de cambio de presión son drásticas y, por

ende

Peligrosas.

Si esto no es así, el golpe de ariete puede ser soportado por

cualquier tubería sin sufrir ninguna consecuencia.

a) Cámaras de aire

.

b) Válvulas de alivio

c) Chimeneas de equilibrio

SUBCAPITULO III: TIPOS DE PRESION EN LOS FLUIDOS E INSTRUMENTOS DE MEDICION3. Marco referencial:

6.1.-CONCEPTOS GENERALES

-PRESION -Según CHEROQUE, Windsor define a la PRESION como el

cociente

De dos escalares y que por lo tanto ella misma es un escalar.

(Fuerza

Por unidad de área).

Presión absoluta

Es la presión referida al vacío absoluto.

Presión manométrica

Es la presión referida a la presión atmosférica.

Presión de vacío

Es la presión referida a la presión atmosférica, pero por

debajo de ella.

Presión diferencial

Es la diferencia entre dos presiones cualesquiera

Presión atmosférica

Es la presión ejercida por el peso de la atmósfera sobre la

tierra. AS nivel del mar esta es de aproximadamente 760

mm de Hg, 14.7 psia o 100 KPa. En Mérida que se

encuentra a aproximadamente 1600 metros de altitud esta

es de

Aproximadamente 85 KPa.

Presión barométrica

Es la medida de la presión atmosférica la cual varía

levemente con las condiciones climáticas

6.2.-TIPOS DE PRESIONES EN LOS FLUIDOS

Según la literatura [5] considera los siguientes:

FLUIDOS ESTATICOS

En un fluido estático la presión en un punto dado es igual al peso

de la columna de líquido por unidad de área, dicho de otra forma,

en un líquido la presión será igual a la altura de la columna del

líquido por el peso específico.

FLUIDOS EN MOVIMIENTOEn un fluido en movimiento existen diversos tipos de presiones.

o Presión estática

Es la presión ejercida por el fluido en todas sus direcciones. Esta

corresponde a la presión que se mediría con un instrumento que

se mueve con el fluido. Para medirla se puede usar una toma

perpendicular a la dirección del flujo.

o Presión dinámica

Es la presión que se produce por el efecto de la velocidad del

fluido. Esta se ejerce solamente en la dirección del fluido. En un

fluido estático la presión dinámica es cero. Para medirla se debe

hacer la diferencia entre la presión de estancamiento y la presión

dinámica.

o Presión de estancamiento

Es la presión resultante de la presión estática más la presión

dinámica. Su valor será el de la presión cuando el fluido se

desacelera hasta obtener una velocidad cero en un proceso sin

rozamiento.

6.3.-INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA PRESION DE LOS FLUIDOS

6.3.1.-BAROMETRO

Son dispositivos para medir la presión atmosférica consiste en un

largo tubo cerrado en uno de sus extremos y se llena al inicio con

mercurio. Se sumerge el extremo abierto bajo la superficie del

mercurio.

6.3.2.-MANOMETROS Son los instrumentos utilizados para medir la presión de los

fluidos, lo común es que ellos determinen el valor de la presión

relativa, aunque pueden construirse para determinar presiones

absolutas.

6.3.3.-MANOMETRO DE LA COLUMNA DE UN LIQUIDO

Doble columna utilizada para medir la diferencia entre las

presiones de dos fluidos.

La unidad más usada es el milibar (Mb)

La unidad más usada es el pascal (P.a.)

6.3.3.1. Manómetro de tubo en UEste medidor consta de dos tubos transparentes de misma

sección transversal que están conectados por su parte

inferior, ya sea por un tubo del mismo material o por un

material distinto. Dentro del tubo se coloca un líquido de

mayor densidad que el fluido del proceso a medir y que nos

sea miscible en el, agua para aire o mercurio para agua.

6.3.3.2. Manómetro de pozo y vaso inclinado

Este es una variación del manómetro de pozo y vaso

alargado en donde el vaso alargado se inclina con el fin de

darle mayor precisión al instrumento. Esto ya que, para un

mismo desplazamiento vertical del fluido, el desplazamiento

de este

sobre el tubo será mayor.

6.3.3.3. Manómetro de anillo de balanceo

Este medidor utiliza el efecto del cambio de nivel del fluido

manométrico por efecto de la presión junto con un balance

de fuerzas ejercidas por el peso del líquido y un

contrapeso. Se compone de un anillo tubular en el cual está

un líquido manométrico y que posee un contrapeso en la

parte inferior. Este anillo puede rotar sobre su centro y

posee una aguja que indicará directamente la presión en

función del ángulo de rotación del instrumento.