Cavitación en fluidos: causas, efectos y métodos de prevención

Resumen

El documento explica qué es la cavitación, es decir, la formación y colapso de burbujas de vapor en un líquido cuando la presión baja hasta la presión de vapor. Describe sus efectos (vibraciones, ruido, erosión y pérdida de prestaciones) y las medidas para evitarla, así como la importancia del cebado de bombas. Incluye además una breve referencia al Límite de Betz en aerogeneradores.

Puntos clave

La cavitación es la formación y posterior colapso de burbujas de gas o vapor en el seno de un líquido.
Aparece cuando la presión del fluido desciende hasta la presión de vapor para la temperatura existente.
En líquidos en movimiento, un aumento de velocidad puede provocar una caída local de presión y el cambio de fase.
Sus efectos son inestabilidades, vibraciones y ruido, erosión y pérdidas de prestaciones.
La zona de aspiración de una bomba es la más crítica por tener la menor presión.
Para evitarla conviene situar la bomba cerca o debajo del nivel del agua, reducir pérdidas de carga y usar inductores de entrada.
El cebado es esencial: la bomba debe estar siempre llena de líquido en el arranque, y la válvula de pie es el sistema más habitual.
El Límite de Betz establece que la potencia máxima extraíble de un aerogenerador es el 59,25 % del potencial eólico incidente (relación 16/27).

Ponte a prueba

Cavitación en Fluidos: Causas, Efectos y Métodos de Prevención

La cavitación se define como la formación y posterior colapso (IMPLOSIÓN) de burbujas de gas (cavidades) en el seno de un líquido. Aparece cuando la presión del fluido baja hasta la presión de vapor para las condiciones termodinámicas existentes (temperatura). El fluido comienza a ebullir.

En líquidos en movimiento, si se produce una disminución local de presión por un aumento de la velocidad, es posible alcanzar el cambio de fase. Se generan burbujas que serán transportadas aguas abajo por la corriente a zonas donde la presión vuelve a ser más alta, dando lugar a su brusco colapso.

Efectos de la Cavitación

Inestabilidades, vibraciones y ruido.
Erosión.
Pérdidas de prestaciones (caída de la curva).

La zona de aspiración es la zona donde menos presión hay y es la más crítica.

Cómo Evitar la Cavitación

Bombas cerca o debajo del nivel de agua en aspiración.
Disminuir las pérdidas de carga reduciendo la longitud o aumentando el diámetro de las tuberías.
Reducir las pérdidas singulares por válvulas, codos y derivaciones.
Utilizar una boca de entrada acampanada y situada a profundidad para que no arrastre aire de la superficie.
En máquinas mixtas y axiales, colocar enderezadores de flujo para evitar la formación de vórtices.
El uso de inductores de entrada puede aumentar la presión y reducir el riesgo de cavitación.
Muchas bombas verticales axiales y mixtas deben tener parte o todo el rodete sumergido.

Cebado de Bombas

El cebado es esencial: la máquina debe estar siempre llena de líquido en el arranque.

Se recomienda una pequeña pendiente en los tramos de aspiración para evitar la formación de bolsas de aire.
El resto de bombas deben disponer de algún tipo de sistema que asegure que la máquina se encuentre llena de agua durante el arranque.
El sistema más habitual consiste en disponer de una válvula de pie para evitar el vaciado de la tubería.

El Límite de Betz en Aerogeneradores

El Límite de Betz establece que la máxima potencia que puede extraerse de un aerogenerador es el 59.25% del potencial eólico incidente. Se fundamenta en consideraciones cinemáticas y dinámicas (análisis integral sobre la aeroturbina) que proporcionan una relación de 16/27.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la cavitación en un fluido?

Es la formación y posterior colapso brusco de burbujas de gas o vapor en el interior de un líquido. Se produce cuando la presión del fluido baja hasta la presión de vapor para las condiciones de temperatura existentes.

¿Cuáles son los efectos de la cavitación?

Provoca inestabilidades, vibraciones y ruido, erosión de las superficies y pérdidas de prestaciones, como la caída de la curva de la bomba.

¿Cómo se puede evitar la cavitación en una bomba?

Situando la bomba cerca o debajo del nivel del agua en aspiración, disminuyendo las pérdidas de carga en tuberías y accesorios, y utilizando bocas de entrada acampanadas y, si procede, inductores de entrada.

¿Qué es el Límite de Betz?

Es el valor máximo de potencia que puede extraerse de un aerogenerador, que equivale al 59,25 % del potencial eólico incidente, es decir, una relación de 16/27.