Cavitaci+on

UNIVERSIDAD DE LA COSTADEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS

ÁREA DE ESTADÍSTICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

1. Introducción

Los usuales desafíos de la generación de estadísticas del Barranquilla es contar con información relevante y pertinente para la toma de decisiones y el seguimiento de compromisos. Los indicadores estadísticos, sin duda, constituyen una de las herramientas indispensables para el logro de estas acciones y fomentar la cultura para su correcta construcción y aplicación.A continuación, se presenta una breve guía de lo que son los indicadores, sus características, utilidad, tipos y restricciones para, finalmente, enmarcar la importancia generada con la incrementación de la tasa de accidentalidad cuando hay arroyos producidos por torrenciales lluvias; adquiriendo y siendo sinónimo de retos que se imponen ante los generadores de estadísticas en relación con el número de accidentes y el tiempo en la ciudad de Barranquilla.

2. Objetivos

2.1 Objetivo General: - Determinar por medio de indicadores el daño de pavimentos expuestos arroyos.

2.2. Objetivos Específicos:-Obtener las áreas del pavimento expuesta a cavitación, y así calcular los indicadores estadísticos- Adquirir el conocimiento teórico y práctico de la cavitación

3. Fundamentos Teóricos

3.1. ÍNDICES ESTADÍSTICOSNo existe una definición oficial por parte de algún organismo nacional o internacional, sólo algunas referencias que los describen como: “Herramientas para clarificar y definir, de forma más precisa, objetivos e impactos (...) son medidas verificables de cambio o resultado (...) diseñadas para contar con un estándar contra el cual evaluar, estimar o demostrar el progreso (...) con respecto a metas establecidas, facilitan el reparto de insumos, produciendo (...) productos y alcanzando objetivos”.Normalmente se trata de un dato estadístico (porcentajes, tasas, razones...) que pretenden sintetizar la información que proporcionan los diversos parámetros o variables que afectan a la situación que se quiere analizar. No obstante, determinados indicadores que nos permiten caracterizar un territorio, sobre todo su singularidad cultural, no poseen carácter cuantificable.Precisos y procedentes de fuentes fiables.Ser fiables, en el sentido que cualquier cambio en el indicador se corresponda a un cambio en la variable que mida, y precisos para garantizar unos mínimos de rigurosidad en el estudio de la evolución temporal de los mismos.Disponibilidad periódica.Los indicadores se actualizan de forma periódica, lo que permite realizar comparaciones en el espacio y en el tiempo. Comparando el mismo indicador para el mismo grupo en varios momentos se podrán evaluar las evoluciones que han tenido lugar.Compatibilidad.Ser compatibles con otros indicadores, de manera que permitan la comparación y la interpretación de cambios de situación.Fácil comprensión.

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Ser comprendidos por los no especialistas. Lo que no significa que las técnicas de elaboración tengan que ser necesariamente simples, sino que deben ser presentados de manera que sean fácilmente interpretados. [2]

3.2 ARROYOUn Arroyo es una corriente natural de agua que regularmente fluye con continuidad. También es denominado quebrantadilla o quebrada, tal como sucede en algunos países hispanohablantes como ser Honduras, Colombia, Panamá y Nicaragua. Posee menos caudal que un río y más que un manantial. Sería un intermedio entre las corrientes de agua de tierra adentro. No son navegables, salvo para muy pequeñas embarcaciones y cuando poseen un caudal de tamaño considerable; la inmensa mayoría puede incluso cruzarse a pie. Tienden a unirse para formar los ríos; muy pocos desembocan en el mar directo.

CARACTERISTICAS DE UN ARROYOSu característica principal es el escaso caudal que presenta, que incluso hasta podría desaparecer durante el estiaje; aquí radica la principal diferencia que un arroyo tiene respecto de un río, cuyo caudal es mucho más importante y constante, mientras que entonces, en el caso del arroyo el caudal es corto, aunque continuo. Las tres características que definen un arroyo son clasificación, meandro y perfil.

ARROYOS EN BARRANQUILLADurante los períodos de fuertes lluvias, importantes volúmenes de agua pasan a gran velocidad por las calles de la ciudad, transformando las zonas afectadas en zonas de alto riesgo. Las consecuencias de estos eventos se reflejan en daños a la infraestructura urbana y a las redes de servicios, y en la interrupción del tráfico vehicular y peatonal, y afectan no sólo a la actividad económica de la ciudad, sino también a los habitantes que sufren daños ocasionales en sus casas y pérdidas de vidas humanas.Los elevados índices de crecimiento de la población urbana han reducido de manera significante las áreas de superficie permeable. Más grave aún es el hecho de que la ciudad no cuente con un sistema de drenaje para las aguas pluviales.

Imagen 1. Arroyos en Barranquilla.

CAUSA DE LOS ARROYOS EN BARRANQUILLALa inexistencia de un alcantarillado pluvial, el régimen de lluvias predominantes, las condiciones topográficas y geomorfológicas de la ciudad, la cultura e idiosincrasia de la gente y un acelerado desarrollo urbano sin planificación, son algunos de los factores involucrados en el incremento de los volúmenes de escorrentía en la ciudad de Barranquilla.

EFECTOS DE LOS ARROYOS EN BARRANQUILLALos arroyos de Barranquilla ocasionan inundaciones, daños en la infraestructura urbana y en las redes de servicios, daños ambientales, parálisis en la actividad comercial, industrial y en el transporte urbano, deterioro en la salud pública y accidentes con pérdida de vidas humanas. Estos son algunos de los efectos más importantes.

CAVITACIÓN 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. (Los

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constructores de bombas hidráulicas, por ejemplo, reciben con frecuencia reclamaciones y encargos de reposición

-Descripción de la cavitación.Cuando un líquido fluye a través de una región donde la presión es menor que su presión de vapor, él liquido hierve y forma burbujas de vapor. Estas burbujas son transportadas por el líquido hasta llegar a una región de mayor presión, donde el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, implotando bruscamente las burbujas. Esta fenómeno se llama cavitación. Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared sólida cuando cambian de estado, las fuerzas ejercidas por el líquido al aplastar la cavidad dejada por el vapor dan lugar a presiones localizadas muy alto, ocasionando picaduras sobre la superficie sólida. El fenómeno generalmente va acompañado de ruido y vibraciones, dando la impresión de que se tratara de grava que golpea con diferentes partes de la máquina.

Según se ha dicho, cuando, la corriente de un punto de una estructura o de una máquina alcanza una presión inferior a la presión de saturación de vapor (Fig. 1), el líquido se evapora y se originan en el interior del líquido “cavidades” de vapor, de ahí el nombre de cavitación. En el interior del fluido existen, pues, zonas en que reina un gradiente fuerte de presiones que aceleran las burbujas y producen un impacto en el contorno (Venturis, bombas, turbinas, etc.).

-Daño por cavitaciónEl 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:-Se forma una burbuja de cavilación sobre la película protectora.-El colapso de la burbuja causa la destrucción local de la película.-La superficie no protegida del metal está expuesta al medio corrosivo y se forma una nueva película por medio de una reacción de corrosión.-Se forma una nueva burbuja en el mismo lugar, debido al aumento de poder nucleante de la superficie irregular.-El colapso de la nueva burbuja destruye otra vez la película.-La película se forma de nuevo y el proceso se repite indefinidamente hasta formar huecos bastante profundos.-El mecanismo anterior también funciona sin la presencia de una película protectora, ya que la implosión de la burbuja ya es suficiente para deformar el metal plásticamente y arrancarle pedazos de material. Se acepta generalmente que la cavitación es un fenómeno de corrosión-erosión.En el caso de superficies rugosas el índice de cavitación local k, según el mismo autor puede calcularse con la ecuación:

Dónde:k, rugosidad equivalente de Nikuradse de la superficievk, ,velocidad del flujo a una distancia k de la superficie

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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 escurrimientox, distancia de la cresta del cimacio al punto de análisis.

4. Descripción del indicador

Debido a las características que presentas las corrientes de agua que circulan por las calles de Barranquilla, llamadas comúnmente arroyos. Varios de estos ya han sido canalizados, sin embargo otros continúan corriendo y arrastrando todo tipo de desechos.Los más conocidos son el de la Calle 84, el de la Carrera 21, el de la Calle 76.La gran velocidad, y la gran masa de agua que arrastran estos arroyos proporcionan un ambiente exquisito para que se produzca el fenómeno de cavitación. Es por ello que en el presente trabajo se decide estudiar un indicador que se relaciona con dicho fenómeno.

Este indicador, es llamado índice de cavitación (IC), y no es nada más que la relación matemática entre el área del pavimento que se encuentra cavitada y el área total del pavimento.

IC= Area cavitada pavimentoArea total pavimento

Este indicador es unidimensional, ya que tanto el numerador como el denominador tienen las mismas unidades. Es necesario aclarar que al área total siempre es mayor que el área cavitada.El resultado varía de 0 a 1 o de 0% a 100%. Donde 0 es el mejor valor del indicador y 1 el peor.El IC da una visión clara sobre la magnitud del daño que se causa, sobre un determinado tramo de carretera. El indicador se deberá tomar sobre un tiempo determinado, por ejemplo, un año luego de ser construir la carretera. Es importante aclarar, que el IC también nos habla de la calidad de la construcción civil, sin embargo, esta parte le corresponde a otros indicadores.

Imagen 2. Daño típico por cavitación.

5. Conclusión.

El fenómeno de cavitación descrito, afecta considerablemente el proceso de bombeo y por lo general produce una reducción del caudal bombeado y su presión debido a que el volumen ocupado por el fluido en fase gaseosa reduce el espacio disponible para el líquido a ser bombeado. En casos extremos se puede producir una interrupción total del bombeo. Adicionalmente, la formación y colapso de las burbujas no es uniforme en el interior de la cavidad de la bomba, por lo que se producen fluctuaciones en el flujo. Otra consecuencia de la cavitación es la disminución de la cabeza de descarga en la bomba debido a que se destina una parte de la energía disponible para el bombeo en aumentar la velocidad del líquido empleado para llenar las cavidades que dejan las burbujas colapsadas. Por lo anterior, el efecto hidráulico de la cavitación en una bomba produce un cambio significativo en su capacidad y en su desempeño.

8. Bibliografía

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•[1] Notas, revista de información y análisis, numero 19. ¿Qué son los indicadores? Mondaron P., Angélica R. [En línea] Disponible en:

ANEXO

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