Universidad Nacional del Altiplano – Facultad Facultad de Ingeniería Agrícola – FIA-UNAP FIA-UNAP
INFORME DE LABORATORIO N° 03 ASIGNATURA: Hidráulica II TEMA: DEMOSTRACIÓN DE CAVITACIÓN. I.
INTRODUCCION Al tener líquidos confinados en circuitos hidráulicos se debe tener especial cuidado con la cavitación. Este fenómeno se da cuando la presión estática del líquido cae por debajo de la presión de vapor del mismo, esto causa que parte del líquido haga una transición hacia la fase gaseosa. Las burbujas de gas producidas impactan violentamente contra las superficies sólidas causando vibraciones y erosión sobre estas. En casi todas las aplicaciones, la cavitación se evita a toda costa, pues trae muchos más problemas que beneficios. En el diseño de sistemas hidráulicos se busca que la presión del líquido no caiga nunca por debajo de la presión de vapor. Este fenómeno se puede prevenir con mayores presiones estáticas en la línea de flujo o con un caudal relativamente bajo, el cual cause unas velocidades medias pequeñas.
II.
OBJETIVOS
Estudiar de forma experimental el fenómeno de cavitación en un tubo de Venturi.
III.
DESCRIPCION DEL EQUIPO Válvula de diafragma
manometros Válvula de descarga
Tubo de bola
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IV.
EQUIPOS A UTILIZAR EN EL ENSAYO
V.
01 Litro de Agua 01 Demostrador de cavitación F1-28 01 Banco hidráulico F1-10 01 Cronometro 01 Termómetro
MARCO TEORICO La cavitación o aspiraciones en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de la ecuación de Bernoulli. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implosionan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno. El proceso físico de la cavitación es casi exactamente igual que el que ocurre durante la ebullición. La mayor diferencia entre ambos consiste en cómo se efectúa el cambio de fase. La ebullición eleva la presión de vapor del líquido por encima de la presión ambiente local para producir el cambio a fase gaseosa, mientras que la cavitación es causada por una caída de la presión local por debajo de la presión de vapor que causa una succión.
Manómetro aguas arriba: 63 mm de diámetro. Rango de 0 a 2 bar (manométrica)
Medidor de garganta: 100 mm de diámetro. Rango de 0 a -1 bar (vacío) o vacuo metro.
Manómetro aguas abajo: 63 mm de diámetro. Rango 0 a 1 bar (manométrica).
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VI.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Veri fique que el montaje esté fijado correctamente, incluyendo la conexión de las mangueras. Asegure que ambas válvulas del equipo de cavitación estén completamente abiertas.
2. Fije un caudal con ayuda de la válvula del banco. Registre el caudal y la temperatura del agua.
3. Cierre la válvula aguas arriba del equipo hasta generar cavitación severa.
4. Cierre la válvula aguas abajo hasta que la cavitación desaparezca. Tome las presiones en los tres manómetros.
5. Repita los pasos 2-4 para otros dos caudales.
VII.
TABLA DE RECOLECCION DE DATOS Grupo: ………2………. Hallar la Temperatura: ……12.9 °C…………..
N° de ensayo Vol (mL)
T (s)
1
12.80
2
P1 (bar)
P2 (bar)
P3 (bar)
-0.06
0
-0.06
0
2
4
12.98
0.125 0.26
3
6
26.85
061
-0.698
0
4
8
36.15
0.75
-0.585
0
5
10
49.36
0.89
-0.58
0
6
12
51.18
1.132
-0.557
0
7
14
57.80
1.138
-0.54
0
8
16
1:05:14
1.55
-0.538
0
9
18
0:13:50
1.58
-0.536
0
10
20
0:16:74
1.64
-0.53
0
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VIII.
PROCEDIMIENTO DE CALCULO
Tabla – Presión de vapor del agua a diferentes temperaturas Temp.°C Presión de Vapor kN/m2 4 0.8130 0.8720 5 6 0.9348 1.0015 7 8 1.0724 1.1477 9 10 1.2276 11 1.3123 1.4002 12 13 1.4974 1.5983 14 15 1.7051 1.8180 16 17 1.9375 18 2.0639 2.1974 19 20 2.3384 2.4872 21 22 2.6443 2.8099 23 24 2.9846 3.1686 25 26 3.3625 3.5666 27 3.7814 28 29 4.0074 4.2451 30 31 4.4949 4.7574 32 33 5.0332 5.3226 34
Presión de Vapor Bar (abs) 0.0081 0.0087 0.0093 0.0100 0.0107 0.0115 0.0123 0.0131 0.0140 0.0150 0.0160 0.0171 0.0182 0.0194 0.0206 0.0220 0.0234 0.0249 0.0264 0.0281 0.0298 0.0317 0.0336 0.0357 0.0378 0.0401 0.0425 0.0449 0.0476 0.0503 0.0532
Temp.°C 35 36 38 37 39 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60
Presión de Vapor kN/m2 5.6264 5.9451 6.2793 6.6296 6.9967 7.3812 8.2053 9.1075 10.094 11.171 12.345 13.623 15.013 16.522 18.160 19.933
Presión de Vapor Bar (abs) 0.0563 0.0595 0.0628 0.0663 0.0700 0.0738 0.0821 0.0911 0.1009 0.1117 0.1235 0.1362 0.1501 0.1652 0.1816 0.1993
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IX.
REPRESENTACION DE RESULTADOS N° de ensayo Caudal (m3/s) 01 02 03 04 05 6 7 8 9 10
Temperatura del agua ……..°C de tablas: Temperatura …12.9..°C
de tablas
Presión de vapor (bar)
La menor presión manométrica estática en garganta es presión atmosférica local es de P absoluta = P atmosferica local + P manometrica
X.
CUESTIONARIO 1. Graficar caudal vs P2
P2 (bar)
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2. ¿Qué es cavitación y como afecta en el sistema de tuberías? La cavitación es un efecto negativo producido en las reducciones de tuberías (accesorio), generando una masa de aire que el aire se comporta como una barrera para el flujo o sistema de tuberías.
3. ¿Qué
es
presión
manométrica,
de
vapor,
absoluta,
atmosférica? La presión manométrica a la diferencia entre la presión absoluta o real y la presión atmosférica. Se aplica tan solo en aquellos casos en los que la presión es superior a la presión atmosférica, pues cuando esta cantidad es negativa se llama presión de vacío. La presión de vapor es la presión de la fase gaseosa o vapor de un sólido o un líquido sobre la fase líquida, para una temperatura determinada, en la que la fase líquida y el vapor se encuentra en equilibrio dinámico; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. La presión atmosférica, absoluta manométrica son la presión de un fluido medido con frecuencia al vació perfecto o cero absoluto.
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4. ¿Cómo influye la temperatura en la cavitación? La temperatura va aumentando, a más tiempo la temperatura es mayo, por los comportamientos de las presiones. El efecto de la temperatura hace que el fluido sea menos viscoso y fluirá con mayor velocidad.
5. ¿Cuál es su opinión frente a la P3 (bar)? No se ha encontrado datos para la P3 (bar). Lo cual, sin datos no hay opiniones.
XI.
CONCLUSIONES
XII.
Se ha podido observar en el laboratorio satisfactoriamente el fenómeno físico, mediante el cual un líquido, en determinadas condiciones, pasa a estado gaseoso y unos instantes después pasa nuevamente a estado líquido. Este fenómeno tiene dos fases: Cambio de estado líquido ha estado gaseoso. Y cambio de fase de estado gaseoso a estado líquido. La cavitación ocurre frecuentemente en sistemas hidráulicos donde se dan cambios bruscos de la velocidad del líquido.
BIBLIOGRAFÍA:
CANO GALLEGO, Rodrigo. Flujo en tuberías y canales. Medellín: Anales de la Facultad Nacional de Minas. No 61, 1985. 143 p.
CHOW, Ven Te. Hidráulica de canales abiertos. Santafé de Bogotá: McGraw Hill, 1994. 667 p.
CRANE, División de Ingeniería. Flujo de fluidos en válvulas, accesorios y tuberías. México: McGraw Hill, 1992. 198 p.
CHANSON, Hubert. Hidráulica del flujo en canales abiertos. McGraw – Hill, Colombia, 2002. 560 p.
DE AZEVEDO NETTO, J.M. y ACOSTA ALVAREZ, Guillermo. Manual de Hidráulica, México: Harla, 1975. 578 p
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XIII.
ANEXOS:
Ilustración 1 El barómetro que mide la presión.
Ilustración 2 Aquí podemos controlar el flujo de salida
Ilustración 3: Concluyendo la práctica, aquí los integrantes del grupo.
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Ilustración 4: el fenómeno produciendo efectos negativos en sistemas hidráulicos.
Ilustración 5: Se observa aquí los efectos de la cavitación, el rincón de Vago.
