Descripción: Trabajo de investigación de fenomenos fisicos que afectan las redes de sistemas hidraulicos
cavitacion y golpe de ariete en turbinas
cavitacion y golpe de ariete en turbinas
¿Que es la cavitación ? La cavitación es un f enómeno f ísico, mediante el cual un líquido, en deter minadas condiciones, pasa a estado gaseoso y unos instantes des pués pasa nuevamente a estado líquido. Este f enomeno tiene dos f ases:
estado lí quido a estado gaseoso.
Fase 1.-
Cam bio de
Fase 2.-
Cam bio de estado gaseoso a estado lí quido.
liquido
vapor
liquido
¿Cuando puede haber cavitación ? La cavitación es un fenómeno muy frecuente en sistemas hidráulicos donde se dan cambios bruscos de la velocidad del líquido. E jem plos:
En par tes móviles:
En par tes no móviles:
• Álabes de
•
Estrangulamientos bruscos
•
R egulación mediante orif icios
•
En válvulas reguladoras
turbinas
• R odetes de
bombas
• Hélices de barcos
Las siguientes diapositivas describen el fenomeno en la regulación con válvulas. Las explicaciones son aplicables a los otros ejemplos.
¿Cuales son los efectos de la cavitación ?
Ef ectos: •
R uidos y golpeteos.
•
Vibraciones.
•
Erosiones del material (daños debidos a la cavitacion).
¿Cómo aparece la cavitación?
Un liquido se eva por a cuando la ener gía no es suf iciente par a mantenerr las moléculas unidas, entonces estas se se par an unas de otr as y aa p b paar r eecceenn b buur r buu j jaass de vvaa p poor r .. En las siguientes dia positivas se muestr a como ocur r re esto par a el caso mas comun,
e l a g u a.
¿Cuando se evapora el agua (I)? Curva de presión de vapor del agua
La condición de paso de líquido a va porr de pende de dos par ámetr os: •
temperatura
•
presión
10.00 ] r a b [ n1.00 ó i s e r P
líquido
0.10 va por
La cor r re lación es lo que se conoce como
curva caracterí stica de la presión de vapor.
0.01 0
20
40
60
80
Temperatura [°C]
100
120
¿Cuando se evapora el agua (II) ? A presión atmosférica (1 bar)el agua se evapora a 100°C. Cuando la presión decrece, el proceso de evaporación comienza a una temperatura menor. Ejemplo: A una presión de 0.02 bares el agua se evapora a una temperatura aproximada de 18°C.
Curva de presión de vapor del agua
10.00 líquido
] r a 1.00 b [ n ó i s e r 0.10 P
va por
0.01 0
20
40
60
80
100
Temperatura [°C]
120
¿Por que el agua a veces está a menor presión que su presión de vapor? El agua que f luye porr las tu ber ías está gener almente a pr esión, pr oducida porr una bom ba o de bido a una dif er encia de altur as ( pr oveniente de un de pósito) y es consider a blemente mayorr que la pr esión de va por . Par a com pr enderr porr que r azón la pr esión del agua en el punto de eessttr r aanngguullaam miieennttoo de una valvula llega a serr menorr que la pr esión de vvaa p poor r ,, eessttuuddiiaar r eem mooss el balance de energia de el f luido.
Energía contenida en un fluido Energía Potencial
La energía total de un fluido está compuesta de los siguientes tipos de energías:
Energía de Presión Energía Cinética
+ ¡La suma de todas estas energí as es constante!
Pérdida de Carga
constante Teorema de Bernoulli
Evolución de los tipos de energías La energía total almacenada en el depósito debida a la carga estática acumulada en el mismo es la energía potencial del sistema. Cuando circula un caudal por la tuberia horizontal la energía potencial disponible se convierte en: •
Energía cinética
•
Energía de presión
•
Pérdida de carga
Pérdida de carga l a a í i g c r n e e t n o E p
Energía de presión Energía Cinética
Evolución de los tipos de energía en el punto de regulación (I) Debido al estrechamiento de la sección de paso en punto de regulación, la velocidad del fluido y por tanto su energía cinética aumentan considerablemente. Debido, tambien, al estrechamiento las pérdidas tambien aumentan de forma apreciable. En la “ vena contracta“ la
energía de presión restante, y por tanto la presión local, decrece considerablemente ya que la energía total debe permanecer constante.
vena
contracta
Pérdida de carga
Energía de Energía cinética
Evolución de los tipos de energía en el punto de regulación (II) Si en este punto la presión baja por debajo de la presión de vapor, el agua puede evaporarse.
Entonces se forman burbujas de vapor, ... ... Que se deforman al incrementarse la presión... ... Y finalmente implotan y desaparecen.
Pérdida de carga presión Energía cinética
La implosión de las burbujas de vapor sigue ciertas direcciones, dependiendo de las condiciones de presión:
mplosión de las burbujas de vapor Direccíon del flujo
En el centro de la tubería
Burbuja de vapor totalmente desarrollada
En la pared de la tubería Direccíon del flujo
La burbuja se va deformando
Implosión
Microchorro
mplosión de las burbujas de vapor Al cambiar de estado gaseoso a líquido, las burbujas de vapor se colapsan subitamente (implotan) y esto produce que el agua que las rodea se acelere hacia el interior de las mismas formando una especie de hendidura.
Esto origina un “Microchorro“ que golpea las paredes del cuerpo de la válvula o de la tubería a muy alta velocidad (v>1000 m/seg), causando picos de presión de hasta 10000 bares, lo que erosiona los materiales a nivel molecular.
