Cavitacin

Modelo de propulsor cavitando en untnel de agua.Lacavitacino aspiraciones envacoes un efectohidrodinmicoque se produce cuando elaguao cualquier otrofluidoen estado lquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresin del fluido debido a la conservacin de laconstante de Bernoulli. Puede ocurrir que se alcance lapresin de vapordellquidode tal forma que lasmolculasque lo componen cambian inmediatamente a estado devapor, formndose burbujas o, ms correctamente,cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presin eimplosionan(el vapor regresa al estado lquido de manera sbita, aplastndose bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenmeno.La implosin causaondas de presinque viajan en el lquido a velocidades prximas a las del sonido, es decir independientemente del fluido la velocidad adquirida va a ser prxima a la del sonido. Estas pueden disiparse en la corriente del lquido o pueden chocar con una superficie. Si la zona donde chocan las ondas de presin es la misma, el material tiende a debilitarse metalrgicamente y se inicia una erosin que, adems de daar la superficie, provoca que sta se convierta en una zona de mayor prdida de presin y por ende de mayor foco de formacin de burbujas de vapor. Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared slida cuando implosionan, las fuerzas ejercidas por el lquido al aplastar la cavidad dejada por el vapor dan lugar a presiones localizadas muy altas, ocasionando picaduras sobre la superficie slida. Ntese que dependiendo de la composicin del material usado se podra producir una oxidacin de ste con el consiguiente deterioro del material.El fenmeno generalmente va acompaado de ruido y vibraciones, dando la impresin de que se tratara de grava que golpea en las diferentes partes de la mquina.Se puede presentar tambin cavitacin en otros procesos como, por ejemplo, en hlices de barcos y aviones, bombas ytejidos vascularizadosde algunas plantas.Se suele llamarcorrosinpor cavitacinal fenmeno por el que la cavitacin arranca la capa de xido (resultado de lapasivacin) que cubre el metal y lo protege, de tal forma que entre esta zona (nodo) y la que permanece pasivada (cubierta por xido) se forma unpar galvnicoen el que el nodo (el que se corroe) que es la zona que ha perdido su capa de xido y la que lo mantiene (ctodo).ndice[ocultar] 1Introduccin 2Problemas 3Bombas y hlices 3.1Cavitacin de succin 3.2Cavitacin de descarga 4Plantas 5Vase tambin 6Enlaces externosIntroduccin[editar]El proceso fsico de la cavitacin es casi exactamente igual que el que ocurre durante laebullicin. La mayor diferencia entre ambos consiste en cmo se efecta el cambio defase. Laebullicineleva lapresin de vapordellquidopor encima de lapresinambiente local para producir el cambio afasegaseosa, mientras que la cavitacin es causada por una cada de lapresinlocal por debajo de lapresin de vaporque causa una succin.Para que la cavitacin se produzca, las burbujas necesitan una superficie donde nuclearse. Esta superficie puede ser la pared de un contenedor o depsito, impurezas del lquido o cualquier otra irregularidad, pero normalmente ha de tenerse en cuenta la temperatura del fluido que, en gran medida va a ser la posible causa de la cavitacin.El factor determinante en la cavitacin es latemperaturadellquido. Al variar latemperaturadellquidovara tambin lapresin de vaporde forma importante, haciendo ms fcil o difcil que para unapresinlocal ambiente dada lapresin de vaporcaiga a un valor que provoque cavitacin.Problemas[editar]

Dao por cavitacin de unaturbina Francis.La cavitacin es, en la mayora de los casos, un suceso indeseable. En dispositivos comohlicesybombas, la cavitacin puede causar muchoruido, dao en los componentes y una prdida derendimiento.Este fenmeno es muy estudiado eningeniera navaldurante el diseo de todo tipo debarcosdebido a que acorta la vida til de algunas partes tales como lashlicesy lostimones.En el caso de lossubmarinoseste efecto es todava ms estudiado, evitado e indeseado, puesto que imposibilita a estos navos de guerra mantener sus caractersticas operativas de silencio e indetectabilidad por lasvibracionesyruidosque la cavitacin provoca en elcascoy lashlices.El colapso de las cavidades entraa gran cantidad deenergaque puede causar un dao enorme. La cavitacin puede afectar a casi cualquier material. Las picaduras causadas por el colapso de las cavidades producen un enorme desgaste en los diferentes componentes y pueden acortar enormemente la vida de labombasohlices.Adems de todo lo anterior, la creacin y posterior colapso de las burbujas creafriccinyturbulenciasen ellquido. Esto contribuye a una prdida adicional derendimientoen los dispositivos sometidos a cavitacin.La cavitacin se presenta tambin en el fondo de losrosdonde se genera a partir de irregularidades dellechodisociando elaguay elaire. Ambos son sometidos apresiones, dando lugar, este ltimo, a burbujas que, con la fuerza delagua, se descomponen en tamaos microscpicos, saliendo disparadas a granvelocidad. Esto provoca un fuerte impacto en ellechoque puede ser de hasta 60t/m. Su importancia radica en la constancia y repeticin del fenmeno, lo que favorece su actuacin. La cavitacin es unproceso erosivofrecuente en lospilaresde lospuentes.Aunque la cavitacin es un fenmeno indeseable en la mayora de las circunstancias, esto no siempre es as. Por ejemplo, lasupercavitacintiene aplicaciones militares como por ejemplo en lostorpedosdesupercavitacinen los cuales una burbuja rodea altorpedoeliminando de esta manera todafriccincon elagua. Estostorpedosse pueden desplazar a altasvelocidadesbajo elagua, incluso hasta avelocidades supersnicas. La cavitacin puede ser tambin un fenmeno positivo en los dispositivos delimpieza ultrasnica. Estos dispositivos hacen uso deondassonorasultrasnicasy se aprovechan del colapso de las burbujas durante la cavitacin para limpiar superficies.Otra aplicacin de la cavitacin es durante el proceso de homogeneizacin de un producto (ej. proceso biotecnolgico) que se lleva a cabo mediante unsonicador. Este aparato posee una punta que se sumerge en la solucin a homogeneizar y vibra a frecuencias ultrasnicas. Estas vibraciones de alta frecuencia causan cavitacin, que como ya se mencion es la formacin de pequeas burbujas en el medio lquido. Estas burbujas colapsan liberando su energa mecnica en forma de ondas de choque equivalente a varios miles de atmsferas de presin, rompiendo clulas presentes en la suspensin. La duracin de ultrasonido necesario depende del tipo de clulas, el tamao de la muestra y la concentracin celular. Para las clulas bacterianas como laE. coli, 30 a 60 segundos puede ser suficiente para muestras pequeas. Clulas delevadura, pueden necesitar de 2 a 10 minutos.Bombas y hlices[editar]

Desgaste producido por la cavitacin en un rodete de una bomba centrfuga.

Otro ejemplo de desgaste producido por la cavitacin en un rodete de una bomba centrfuga.Loslabesde unrodetede unabombao de lahlicede unbarcose mueven dentro de unfluido. Cuando elfluidose acelera a travs de loslabesse forman regiones de bajaspresiones. Cuanto ms rpido se mueven loslabesmenor es lapresinalrededor de los mismos. Cuando se alcanza lapresin de vapor, elfluidosevaporizay forma pequeas burbujas devaporque al colapsarse causan ondas depresinaudiblesy desgaste en loslabes.La cavitacin en bombas puede producirse de dos formas diferentes:Cavitacin de succin[editar]La cavitacin de succin ocurre cuando la succin de la bomba se encuentra en unas condiciones de bajapresin/alto vaco que hace que ellquidose transforme envapora la entrada delrodete. Estevapores transportado hasta la zona de descarga de la bomba donde el vaco desaparece y elvapordellquidoes nuevamente comprimido debido a lapresinde descarga. Se produce en ese momento una violenta implosin sobre la superficie delrodete. Unrodeteque ha trabajado bajo condiciones de cavitacin de succin presenta grandes cavidades producidas por los trozos de material arrancados por el fenmeno. Esto origina el fallo prematuro de la bomba.Cavitacin de descarga[editar]La cavitacin de descarga sucede cuando la descarga de la bomba est muy alta. Esto ocurre normalmente en una bomba que est funcionando a menos del 10% de su punto de eficiencia ptima. La elevadapresinde descarga provoca que la mayor parte delfluidocircule por dentro de la bomba en vez de salir por la zona de descarga. A este fenmeno se le conoce comoslippage. A medida que ellquidofluye alrededor delrodetedebe de pasar a unavelocidadmuy elevada a travs de una pequea apertura entre elrodetey el tajamar de la bomba. Esta velocidad provoca el vaco en el tajamar (fenmeno similar al que ocurre en unventuri) lo que provoca que ellquidose transforme envapor. Una bomba funcionando bajo estas condiciones muestra un desgaste prematuro delrodete, tajamar ylabes. Adems y debido a la altapresinde funcionamiento es de esperar un fallo prematuro de lasjuntas de estanqueidadyrodamientosde la bomba. Bajo condiciones extremas puede llegar a romperse elejedelrodete.Plantas[editar]La cavitacin puede aparecer en elxilemade las plantas cuando elpotencial del aguase hace tan grande que elairedisueltodentro delaguase expande hasta llenar laclulade laplanta. Las plantas generalmente son capaces de reparar los daos producidos por la cavitacin, por ejemplo con lapresinde bombeo de lasraces. En otros tipos de plantas como lasvidesla cavitacin puede llevarlas a la muerte. En algunosrboles, la cavitacin es claramente audible.Vase tambin[editar] Supercavitacin

Cavitacin, un fantasma que seguir en las represasPorJos Luis Enciso (*)

Cavitacin, un fantasma que seguir en las represas_368871 / ABC Color1. LA SUMA DE CAUDALES DE ITAIP Y AFLUENTES NO IGUALA AL DE POSADAS

El Informe del estudio de factibilidad de Itaip 1972 realizado por la IECO- ELC, dice que el caudal promedio del Paran en Itaip es 8.463 m/s, perodo 1931-1970.

En el apndice A - Hidrologa y Climatologa - del informe final de Itacu - Corpus (1983) de Lahmeyer - Harza puede notarse que en el tramo entre Itaip y Posadas los caudales de los afluentes de la margen derecha (P) suman 279 m/s. aadiendo 150 m/s del Acaray se tiene el caudal total de 429 m/s en margen derecha.

En la margen izquierda (A), los caudales afluentes suman 238 m/s. Aadiendo 1.600 m/s del Iguaz se obtiene el total de 1.838 m/s en margen izquierda.

El caudal total de los afluentes es 429 + 1.838 = 2.267 m/s. Sumando el caudal en Itaip (8.463 m/s), el caudal en Posadas debera ser 10.730 m/s. Pero es 11.600 m/s, serie 1930 - 1970 y hay una diferencia de 11.600 m/s - 10.730 m/s = 870 m/s 10.28% que habra que aumentar el caudal medio de Itaip para que cierren los clculos.

Usando el caudal medio en Posadas dado por Harza-CMT (1973) en el estudio de Yacyret (11.720 m/s), la diferencia es 990 m/s u 11,70% que habra que sumar al caudal medio de Itaip. En el Informe de CMT 1964, el caudal medio es 11.800 m/s.

Usando el caudal medio en Posadas (11.900 m/s) serie 1901- 1980, dado para la COMIP, por Lahmeyer - Harza en el estudio Itacu - Corpus, la diferencia es 1.170 m/s 13.8 %, que habra que aumentar al caudal medio - 8.463 m/s - de Itaip.

El caudal medio en Posadas (12.000 m/s) que actualmente publica la EBY en Internet www.eby.gov.py es un valor correcto y es prcticamente el mismo de la COMIP de 1983, CMT 1964 y otros. La diferencia de 1.270 m/s o 15.0% habra que sumar a Itaip.

2. RELACIN NR Q DADA EN REUNIONES TRIPARTITAS Y POR ITAIP: IECO - ELC

Durante las reuniones tripartitas entre el Paraguay, la Argentina y el Brasil, que culminaron el 19/10/1979, el Ing. Olavo Vieira, asesor de Itamaraty, present una tabla mostrando el Nivel de Restitucin (NR) de Itaip para los caudales (Q) en Itaip, en miles de m/s, segn la duracin de los mismos y variando cada 10%, desde 5% hasta 95%, y para cada nivel del embalse de Corpus y siendo el caudal del Iguaz 1.600 m/s constante en todos los casos. Tambin se muestra el Salto Neto (HN) = 220 - NR - 1.50 m y la potencia en MW para dicha duracin = 9.81 x 0.938 x Q x N o 9.01 x Q x HN. Sumando las potencias y dividiendo por 10 se obtiene la potencia media. La misma multiplicada por 8.760 hs. es la Energa en Gwh/a.

La tabla es para rgimen natural o sin Corpus y luego con Corpus en 95, 100, 105, 110, 115 y 120 m. En anexo solo se presenta la situacin sin Corpus. Se calcul la ecuacin cuadrtica que relaciona el NR de Itaip con el Q abajo de Itaip y est en el anexo.

Tambin se presenta la curva NR abajo de Itaip en funcin del caudal Q del Paran, hasta 16.000 m/s, abajo de la desembocadura del ro Iguaz. Esta curva se obtuvo del Estudio IECO ELC: figura V-11- Hoja 2 de 2, curva CESP. Se calcul tambin la ecuacin que relaciona NR Itaip con Q abajo del Iguaz y se presenta en el anexo. Puede notarse que para Q abajo Iguaz = 3.7 x 1000 m/s, el NR es 90.00 y es menor al mnimo de 92 .00 m. Si se considera el mnimo histrico de 2.9 x 1000 m/s en Posadas, que es mayor al de aguas abajo del Iguaz, el NR de Itaip sera 88.61. Y al operar en base luego del pico, el NR descendera an ms que el debido al caudal medio diario.

3. CAVITACIN EN LAS TURBINAS, POR SER NR MENOR A 92 M. SOLUCIN: ITACU

La cavitacin en las turbinas en Itaip las destruyen y hacen vibrar la casa de mquinas. Aunque se busquen varias causas, la nica fuerza que puede producir esto, es la debida a la cavitacin. La cavitacin se produce porque se disearon las turbinas considerando que el Nivel de Restitucin mnimo es 92 m. Pero se ha visto que el NR puede ser menor incluso a 89 m.

Es de vital importancia que no se produzca cavitacin. La solucin es construir la Central Hidroelctrica (CH) Itacu porque su Nivel Normal garantizar que siempre el NR de Itaip sea mayor a 105 m y se acabar para siempre la Cavitacin.

4. CAUDAL MEDIO EN POSADAS DE 14.400 M/S DADOS POR KPP Y HARZA "X".

La "X" de Harza significa desconocida. Esta Harza, que es la misma que asesora a la EBY, juntamente con Iatasa y Tecma, se encargaron del estudio del impacto ambiental con datos de la KPP, para el proyecto Corpus - Itacu y presentaron su informe en el 2002. En este informe se haca correr el ro al revs, porque la energa de Pindoi, que est aguas arriba, es mayor que la de Itacurub, que se encuentra aguas abajo y para que ello fuera posible, irnicamente se deca que habra que derogar la Ley de la Gravedad. Pero adems el informe dice que el rendimiento es mayor mientras ms hectreas se inunde para producir una unidad de energa y muchos disparates mas.

Pero tambin se afirmaba que el caudal medio del Paran en Posadas es 14.400 m/s 2.500 m/s, ms del 20% del valor correcto de 11.900 m/s. Pero ni la propia EBY le cree a esta Harza "X", a pesar de que la dirige y tampoco a la KPP, y as el valor del caudal que publican en internet es 12.000 m/s.

De aumentarse en ms de 20% el caudal medio, debera aumentarse la instalacin ptima de 32 turbinas a 38 turbinas posibles en Itacu. Pero en Pindoi no podran operar ms de 18 turbinas 20 instaladas, para cumplir con los parmetros de navegacin del Acuerdo Tripartito, y la mayor parte del tiempo se estara descargando agua por el vertedero, sin producir energa.

Se considera que intencionalmente la firma petrolera KPP quera cambiar todo el proyecto Itacu, el ms rentable del mundo, como si el mismo no hubiese sido bien diseado por las firmas consultoras de mayor prestigio del mundo como son: Lahmeyer y Harza.

Diseo.Hay cavitacin porque disearon las turbinas para un NR mnimo de 92 m, pero pudo verse que puede ser menor, incluso a 89 m.

Solucin. Es de vital importancia que no se produzca cavitacin. La solucin es construir la Central Hidroelctrica de Itacu

NR 105.Con un Nivel de Restitucin (NR) de la central Itaip superior a 105 m se acabara para siempre el peligro de la cavitacin.