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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.
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