Informe del laboratorio turbo maquinas: cavitación

PROFESOR:CARLOS MENDOZA

FUNDACION UNIVERSITARIA LOS LIBERTADORESINGENIERIA MECANICA

TURBOMAQUINASBOGOTA D.C

2012

INTRODUCCIÓN

La cavitación es un fenómeno indeseable que puede ocurrir durante el funcionamiento de

las bombas centrífugas. Es importante señalar que la cavitación se produce debido a

algún error durante el diseño del sistema de bombeo.

Si la bomba centrífuga trata de expulsar más líquido del que puede absorber se producirá

un efecto de vacío en el interior de la bomba. Esto, obviamente, reducirá la presión por lo

que se producirán burbujas de vapor (dicho de otra forma, cuando se alcanza la presión

de vapor, el fluido se vaporiza y forma pequeñas burbujas de vapor) que principalmente

rozarán a los álabes de los impulsores de la bomba, sin dejar de afectar otros

componentes.

La cavitación tiene un efecto realmente destructivo (llamado corrosión por cavitación) en

la estructura de la bomba centrífuga. Entre las características de una bomba centrifuga

que ha sufrido daños por cavitación puede destacarse la erosión de los impulsores de la

bomba centrifuga, la cual se da a tal grado, que las paredes del mismo pueden llegar a

alcanzar el espesor de un papel, e inclusive, presentar grandes perforaciones con bordes

muy afilados.

En el siguiente laboratorio damos a conocer un fenómeno físico llamado cavitación, causas, desventajas.  además de esto también mostraremos la maquina que usamos para realizar la practica, sus características parte por parte y especificaciones, y el informe de dicho laboratorio.

OBJETIVOS

GENERAL

Observar el comportamiento de una bomba centrifuga expuesta al fenómeno de la cavitación

ESPECIFICOS

         Adquirir el conocimiento teórico y práctico de la cavitación         Aprender a usar la máquina de ensayos H400, obteniendo conocimiento de las

diferentes partes que las compone.         Observar el comportamiento de la cavitación a diferentes presiones         Analizar resultados obtenidos mediante las graficas

MARCO TEÓRICO

 PRINCIPIO DE BERNOULLI

El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1738) y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía  que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:  1. Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.   2. Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.   3. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee. Del fluido en la sección considerada

.Un ejemplo de aplicación del principio lo encontramos en el flujo de agua en tubería

Diagrama Principio de Bernoulli

CAVITACIÓN

Definición:La cavitación es  la formación de bolsas y burbujas de vapor en un medio líquido inicialmente homogéneo. Se  puede  definir  mecánicamente  como  la  ruptura  del  medio  de  líquido continuo bajo el  efecto de  tensiones excesivas.  Con este último  término se sobreentiende  la noción de umbral  a partir del  cual  no se puede asegurar  la cohesión del líquido.    Veremos que este concepto de umbral está determinado por la presión que reina en el seno de este líquido. La cavitación puede producirse en el caso de un líquido en reposo o en la circulación  del   líquido.  Un  ejemplo  simple  en el  ámbito médico,  que  todos podemos observar, es el llenado de una jeringa por aspiración; si la aspiración es demasiado intensa, vemos aparecer una burbuja de gas en la jeringa.

La implosión causa ondas de presión que viajan en el líquido. Estas pueden disiparse en la corriente del líquido o pueden chocar con una superficie. Si la zona donde

chocan las ondas de presión es la misma, el material tiende a debilitarse metalúrgicamente y se inicia una erosión que, además de dañar la superficie, provoca que ésta se convierta en una zona de mayor pérdida de presión y por ende de mayor foco de formación de burbujas de vapor. Si las burbujas de vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared sólida cuando implosionan, las fuerzas ejercidas por el líquido al aplastar la cavidad dejada por el vapor dan lugar a presiones localizadas muy altas, 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 en las diferentes partes de la máquina. existe una manera de hacer pasar el agua del   estado   líquido   al   gaseoso   cuando   está   a   temperatura constante ;es suficiente  con hacer  bajar   convenientemente  la  presión Cuando esta depresión que lleva a la vaporización del líquido es local (discontinuidad en el medio  líquido)   lo  llamamos   fenómeno de cavitación,  y se manifiesta por   la aparición de bolsas de aire y burbujas. Cuando esta depresión está focalizada, tras la formación de o de  las burbujas,  se reequilibran muy  rápidamente  las presiones en el seno del  fluido lo  que implica una   implosión .Esta brutal implosión es fuente de ruido. Este   fenómeno  violento puede afectar alas superficies que han creado este fenómeno y que se encuentran próximas a la burbuja de cavitación.

NATURALEZA DE LA CAVITACIÓN

Actualmente se sabe que la cavitación es debida principalmente a la acción mecánica de impactos rápidos, a manera de explosiones de las partículas de líquido, aunque no se descarta la  posibilidad de acción química corrosiva, cuya naturaleza no se ha llegado a dilucidar por completo.Los impactos que se generan son periódicos, es decir, se produce un fenómeno vibratorio que aumenta la erosión del material por fatiga.

IMPLICACIONES EN LA INDUSTRIA

En  las aplicaciones  industriales se busca  limitar   la cavitación por  varias razones. Pérdida de rendimiento En   primer   lugar,   la   cavitación  merma   el   rendimiento  mecánico   de   los sistemas. En una hélice de barco, por ejemplo, la aparición de estas burbujas de aire «despegan» el contacto del agua alrededor de la hélice, disminuyendo considerablemente su eficacia.

Ruido: Hemos visto que la implosión de las burbujas de cavitación provoca ruido; ello puede ser una molestia en algunas aplicaciones en las que se busca una máxima discreción (submarinos)Deterioro: Por fin, estas implosiones cercanas a los elementos metálicos provocan, con el tiempo, el deterioro de las superficies

APARATOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS

* maquina de simulación de cavitación        H400:

• La unidad móvil que muestra a los estudiantes las causas y los efectos de la cavitación• También permite el estudio práctico y eficaz del flujo y la presión en un medidor de Venturi• Ideal para demostraciones y experimentos en el aula los estudiantes• Totalmente autónomo de recirculación - sin fuente de agua adicional necesaria• Incluye la instrumentación completa, incluyendo la medición de presión, caudal y temperatura• Se suministra montado completamente - la instalación mínima necesaria

La Unidad de Demostración de Cavitación H400 representa una importante etapa preliminar en la demostración y la comprensión de estos fenómenos.

La unidad es un sistema completamente autónomo, diseñado para la operación de circuito cerrado. La sección de prueba es completamente rectangular transparente Venturi mecanizado de plexiglás con tomas de presión en la garganta y hasta la corriente de la sección de prueba. Las tomas de presión están conectadas a los manómetros situados por encima de la sección de prueba. La sección de prueba y los indicadores de presión están montados en un marco con ruedas para la movilidad. La bomba de alta resistencia y el tanque de suministro están montados en la base del marco. Una válvula de control, medidor de flujo y el termómetro se suministra de serie.

Mejorar la visualización de los fenómenos de cavitación se puede obtener utilizando un estroboscopio (suministrado como accesorio opcional) La unidad H400 incluye el abastecimiento de agua y módulo de medición de flujo.

Las causas y los efectos de la cavitación son una de las más temas importantes en cualquier curso de mecánica de fluidos. En los casos graves, la cavitación puede dañar las máquinas y sistemas hidráulicos. Los diseñadores y los ingenieros deben ser conscientes de la cavitación cuando crean un nuevo diseño o instalación.

La Unidad TecQuipment de cavitación es una demostración diseñados con un propósito enseñanza unidad que permite eficiente y las investigaciones efectivas sobre las causas y los efectos de la cavitación. También permite a los estudiantes a entender el Venturi  mediante el estudio de presiones aguas arriba y la garganta.

La Unidad de Demostración de Cavitación ofrece una visualización clara y fácil para la  comprensión de la cavitación. Los estudiantes crean con claridad la cavitación visible en un Venturi (que tiene un transparente ventana), y mediciones de caudal y presión.Los estudiantes usan experimentos teóricas y prácticas para aprender cómo predecir el comienzo de la cavitación. Ganan práctica experiencia en el uso de la ecuación de continuidad y de Bernoulli ecuación. Las utilizan para calcular el caudal y la presión, diferentes métodos de creación de la cavitación y las causas de error.

- COMPONENTES:*Marco sólido que tiene un depósito de agua (o embalse)

*Una bomba eléctrica, una válvula de control de flujo, un medidor de flujo y un Venturi. 

*El marco incluye una superficie de trabajo útil para los estudiantes para papeleo.

*Control de presión de la presión de entrada del Venturi y la presión en la garganta Venturi.

*Un termómetro que muestra la temperatura del agua en el tanque.

*La bomba incluye protección eléctrica y el depósito de agua que incluye una cubierta estanca para evitar el derrame de agua.Servicios EsencialesSuministro eléctrico:Monofásica a tierra del suministro eléctrico, 230 VAC, 50 Hz,4.5 A o 110 VAC, 60 Hz, 9 A (especificar en el pedido)Espacio necesario:Aproximadamente 1 m x 1,5 m de la superficie sólida y niveladaCondiciones de funcionamientoEntorno de funcionamiento:Laboratorio de medio ambienteTemperatura de almacenamiento:-25 ° C a +55 ° C (cuando está embalado para el transporte)Rango de temperatura:5 ° C a +40 ° CRango de humedad relativa:80% a temperaturas <31 ° C disminuyendo linealmente hasta 50% a40 ° CEspecificacionesDimensiones:Superficie útil: Longitud 1.280 mm, ancho 600 mm, altura 1840 mm,empacado para su exportación: 1.07m3Peso (en seco):Superficie útil: 100 kg, empacado para su exportación: 140 kgMáximo de la bomba de caudal:80 L.min-1

Potencia máxima de la bomba:1 kW de potenciaCapacidad depósito de agua (máximo):80 L

PROCEDIMIENTO

* Lo primero que hacemos es encender la maquina de ensayos de cavitación h400* Abrimos la válvula para que haya caudal y presión* Aumentamos el caudal y vamos observando como la presión del agua que pasa por la tubería va aumentando a medida que abrimos la válvula*Después seguimos abriendo la válvula hasta que ya se puede observar el fenómeno de la cavitación.* Tomamos datos de la presión, caudal, temperatura, tiempo y proseguimos a realizar las graficas* Finalmente apagamos la maquina, limpiamos el reguero de agua, tomamos fotografías y videos de evidencia del fenómeno que se observo.