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Practicas de cavitacion
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DEMOSTRACION DE CAVITACION
Procedimiento Experimental
Objetivo
Verificar como se produce la cavitación y como esta puede dañar nuestras tuberías
Método
Medir las tasas de flujo (CAUDAL) y las alturas de presión estática y total en un tubo
rígido convergente/divergente de una geometría conocida para un rango de tasas de flujo
estacionario, al aumentar el caudal en la tubería hasta que en esta se produzca la
cavitación
Equipamiento
A fin de completar la demostración del aparato de Bernoulli necesitamos los siguientes
equipos
- F1-28 Aparato de Demostración de la Cavitación
Datos Técnicos
Las siguientes dimensiones del equipo son usadas en los cálculos apropiados. Se
requiere estos valores deben ser comprobados como parte del procedimiento
experimental y reemplazados con sus propias mediadas.
Descripción:
Manómetros
Los siguientes manómetros de presión tipo Bourdon están conectados a tomas
correspondientes en la sección de prueba:
1) Manómetro aguas arriba: 63 mm de diámetro. Rango 0 a 2 bar
(manométrica)
2) Medidor de garganta: 100 mm de diámetro. Rango 0 a -1 bar (vacío)
(indicando 0 Bar a la presión atmosférica y -1
Bar a presión cero absoluto)
3) Manómetro aguas abajo: 63 mm de diámetro, rango 0-1 bar
(manométrica)
Otros
4) Placa de soporte
La sección de prueba y los tres manómetros Bourdon están montados en una placa
de soporte (4) con patas de goma que se sitúa en la parte superior del F1-10 Banco
Hidráulico.
5) Válvula de bola (Aguas abajo)
Una válvula de bola de un cuarto de vuelta (5) aguas abajo de la sección de prueba
permite que la presión estática en la sección de prueba se eleve - una técnica
utilizada para evitar que la cavitación se produzca.
Tenga en cuenta que la bola en la válvula está perforada para evitar daños en la
instrumentación que sería causado por la alta presión si la válvula se cierra
totalmente. Sin embargo, cuando se opera el equipo de la válvula debe ser ajustada
lentamente para evitar daños a los manómetros Bourdon
6) y 8) Conexiones Flexibles
El accesorio incluye los tubos flexibles necesarios y un conector roscado para
adaptarse a la salida de agua en la F1-10. El tubo flexible con el atornillado está
conectado al extremo izquierdo / de entrada (8) de la F1-28 y asegurada con un clip
de tornillo sin fin.
El tubo flexible plano está conectado al extremo del lado de salida a la derecha (6) de
la F1-28.
El conector roscado simplemente se atornilla en la salida en la parte superior del
canal moldeado en la F1-10 después de desenroscar el conector amarillo de
liberación rápida. Para ayudar a montar y desmontar el tubo flexible desde la toma de
corriente de F1-10, el tubo flexible puede ser retirado de la F1-28 desatornillando la
unión en línea (8) está incorporado en la válvula de diafragma (9). La unión incorpora
un anillo para asegurar un cierre hermético y sólo debe apretarse a mano.
7) Sección de prueba en forma de Venturi
La sección de prueba (7) incorpora un perfil circular en forma de Venturi y se fabrica
en material acrílico transparente para permitir la visualización completa de las
condiciones de flujo dentro de la sección. La sección de prueba incorpora tomas en la
parte trasera que permiten la presión estática aguas arriba de la contracción, en el
interior de la garganta y después de la expansión a medir. Cada punto está
conectado a un manómetro de Bourdon (1,2 y 3) de rango apropiado a través de un
tubo flexible.
La cavitación es un proceso destructivo y causa corrosión por picadura de límites
sólidos en contacto con el líquido. El uso a largo plazo de la F1-28 causaría glaseado
en la superficie interior de la sección de prueba. Sin embargo, los cortos períodos de
cavitación necesaria para demostrar este fenómeno no causará graves daños al
equipo.
9) Válvula de diafragma (aguas arriba)
Una válvula de diafragma múltiple (9) aguas arriba de la sección de prueba permite el
flujo a través de la sección de prueba para ser regulada sin aumentar la presión
estática en la sección de prueba, permitiendo la cavitación para demostrar claramente
que el flujo se incrementa. Cuando se opera el equipo, la válvula debe ser ajustada
lentamente para evitar daños a los medidores de Bourdon.
Operación
En caso necesario, consulte el dibujo en la página 2.
¿Qué es la cavitación?
Cavitación es el nombre dado para el fenómeno que ocurre en los límites sólidos de
corrientes de líquido cuando la presión del líquido es reducido a una presión absoluta que
iguala la presión de vapor del líquido a la temperatura predominante. La presión estática
en el líquido no puede caer debajo de la presión de vapor y cualquier intento de reducir la
presión bajo la presión de vapor simplemente causara que el líquido Cavite, (vaporizan)
más vigorosamente
Una vez que la presión estática es reducida a la presión de vapor un ruido de chasquidos
audibles se notará que se crea por generación de burbujas de vapor. Si los lados de la
tubería o contenedor son transparentes entonces un aspecto lechoso del líquido, causado
por la generación de burbujas de vapor, se puede ver como es el caso en la sección de
prueba en forma del Aparato de Venturi de Cavitación F1-28 Cavitation Demostración.
Aire disuelto en el agua creará burbujas de aire que se parecen a la cavitación, pero las
burbujas de aire serán expulsadas a una presión estática alta (encima de la presión de
vapor del líquido) La liberación de burbujas de aire no es por ningún medio tan violento
como la cavitación y un suave ruido es producido. En tanto la presión estática del líquido
es gradualmente reducido debajo de la presión atmosférica las primeras burbujas de aire
serán visibles seguido por una verdadera Cavitación cuando la presión de vapor del
líquido es alcanzado.
Las burbujas de vapor que se forma en la región de baja presión estática aguas abajo
hacia una región de presión más alta donde estas colapsan o explosionan.
Especificaciones
Dimensiones totales
Altura: 0.28 m
Ancho: 0.65 m (sin tubo flexible en entrada y salida)
Profundidad: 0.15 m (sin tubo flexible a los manómetros)
Conexión a un suministro de agua
El 28-F1 es usualmente operado en conjunto con un Banco Hidráulico F1-10, por
lo tanto no requiere una conexión permanente a un suministro de agua. Sin
embargo, si el F1-28 se utiliza de forma independiente de un F1-10 entonces, un
suministro de agua limpia a presión mínimo de 2 bar (presión manométrica) y una
velocidad de flujo de 0,4 litros / segundo será requerida.
4.3 Conexión a un drenaje
El 28-F1 se utiliza normalmente en conjunto con un Banco Hidráulico F1-10 por lo
tanto no se necesita una conexión permanente a un desagüe. Sin embargo, si el
F1-28 se utiliza de forma independiente de un F1-10 entonces un adecuado
desagüe también se requerirá para evacuar un flujo de agua de hasta 0,4 litros /
segundo.
4.4 Dimensiones de sección de pruebas
La sección acrílica en F1-28 se fabrica con una forma interna de Venturi de perfil
que tiene las siguientes dimensiones:
Diámetro aguas arriba 16 mm
Angulo de Contracción incluido 20°
Longitud de Contracción 33 mm
Diâmetro de la Garganta 4.5 mm
Longitud de la Garganta 20 mm
Angulo de Expansión incluido 12°
Longitud de la Expansión 55 mm
Diámetro aguas abajo 16 mm
Tabla – Presión de vapor del agua a diferentes temperaturas
Temperatura °C
Presiónde VaporkN/m2
Presiónde VaporBar (abs)
Temperatura °C
Presiónde VaporkN/m2
Presiónde VaporBar (abs)
45678910111213141516171819202122232425262728293031323334
0.81300.87200.93481.00151.07241.14771.22761.31231.40021.49741.59831.70511.81801.93752.06392.19742.33842.48722.64432.80992.98463.16863.36253.56663.78144.00744.24514.49494.75745.03325.3226
0.00810.00870.00930.01000.01070.01150.01230.01310.01400.01500.01600.01710.01820.01940.02060.02200.02340.02490.02640.02810.02980.03170.03360.03570.03780.04010.04250.04490.04760.05030.0532
35363837394042444648505254565860
5.62645.94516.27936.62966.99677.38128.20539.107510.09411.17112.34513.62315.01316.52218.16019.933
0.05630.05950.06280.06630.07000.07380.08210.09110.10090.11170.12350.13620.15010.16520.18160.1993
Resultado
Para cada ensayo calcular el caudal Q = Volumen/(Tiempo*1000) en m3/sec
Luego hacer una gráfica p2 versus el caudal Q para cada resultado.
Si la temperatura del agua es conocida, determine la presión de vapor del agua usando la
Tabla anterior. De los resultados determinar la mínima presión estática lograda en la
garganta de la sección de prueba y confirmar si está de acuerdo con la presión de vapor
del agua de la Tabla.
El análisis de las gráficas nos mostrará que el incremento del caudal (aumento de la
velocidad) en la sección de prueba origina un decremento en la presión estática (como se
predijo en la ecuación de Bernoulli) hasta que el agua alcanza su presión de vapor.
Los resultados obtenidos con la válvula de bola aguas abajo deberían mostrar que la
aparición de la cavitación se retrasa debido a la mayor presión estática en el sistema
(mayor caudal es posible antes que haya cavitación).
Si se requiere análisis adicional, las lecturas obtenidas se pueden utilizar para verificar
que la ecuación de Bernoulli es aplicable solo cuando la presión estática está por debajo
de la presión de vapor – No hay cavitación.
TABLA 1 (CAUDALES)
# tiempo (s)Volumen(m^3
)Caudal(m^3/
s)1 46,0 0,00210 0,00004572 29,0 0,00290 0,00010003 31,0 0,00400 0,00012904 23,0 0,00390 0,00016965 18,0 0,0038 0,0002116 20,0 0,0051 0,00025507 19,0 0,0053 0,00027898 13,0 0,0047 0,000362
TABLA 2 (PRESIONES ABSULUTAS Y ESTATICAS)
#Caudal(m^3/
s) P1 P2 P3 P1 abs P2 absP2
Estatica(m)1 0,0000457 0 -0,050 0 0,7530000 0,7030000 7,1662 0,0001000 0 -0,130 0 0,7530000 0,6230000 6,3513 0,0001290 0 -0,24 0 0,7530000 0,5130000 5,2294 0,0001696 0 -0,39 0 0,7530000 0,3630000 3,7005 0,0002111 0 -0,6 0 0,7530000 0,1530000 1,5606 0,0002550 0 -0,73 0 0,7530000 0,0230000 0,2347 0,0002789 0,19 -0,74 0 0,9430000 0,0130000 0,1338 0,0003615 1,15 -0,74 0 1,9030000 0,0130000 0,133
Comparando la presión a 18° C con la menor presión obtenida
P2 absP2
Estática(m)0.0130000 0.133
0.0206 0.210
0.7110000
0.6130000
0.5130000
0.3350000
0.1930000
0.1630000
0.0330000
0.0130000
0.0000000
0.0000500
0.0001000
0.0001500
0.0002000
0.0002500
0.0003000
0.0003500
Grafica Caudal vs. Presion
Conclusiones
Sus gráficas deben mostrar claramente cómo la presión en la garganta cae mientras el
flujo-velocidad del agua se incrementa como se predijo en la ecuación de Bernoulli.
También deben mostrar que la presión alcanza un valor mínimo que no puede ser
excedido a pesar de que la velocidad del agua aumenta. Describa la
formación/apariencia/sonido de la Cavitación y como ésta difiere desde la liberación de
aire desde el agua.
.Se forman unas burbujas que explosionan a gran velocidad, tienen una apariencia
de líquido blanco, su sonido es la de un crujido como si estuviera raspando la
tubería.
. Difieren en la velocidad y el sonido.
Explique por qué la cavitación aguas abajo de la garganta es visible a pesar de la baja
presión que se produce en el interior de la garganta.
. Por el flujo turbulento del agua y la gran velocidad con la que viene por el caudal.
Considere el efecto de la Cavitación si se permite que ocurra en un sistema hidráulico.
Comente sobre cualquier crujido presente en el sistema, por ejemplo en la válvula de
diafragma aguas arriba o la válvula de bola aguas abajo cuando está parcialmente
estrangulado.
. Este crujido que ocurre en la cavitación puede ser muy peligroso para nuestras
tuberías ya que la desgasta hasta que esta ya no funcione de la misma manera o
falle.
El ejercicio muestra que la cavitación puede prevenirse incrementando la presión estática
del fluido. Sin embargo, ésta técnica solo puede ser aplicada para atrasar el efecto y no
es eficiente como energía adicional / una bomba de mayor tamaño es necesario para
superar las pérdidas adicionales en el sistema. Por lo tanto mejor es mejor evitar la
cavitación con un diseño cuidadoso del sistema para eliminar cualquier velocidad alta,
presiones bajas o altas temperaturas que podrían dar lugar a la cavitación.