Cavitación en tubería, Sifón

Siempre que la tuberia queda por encima de la linea de gradiente ( linea piezometrica)hay presion negativa.

en la figura se observa un estrechamiento en la tubería. se produce aumento de la velocidad y por consiguiente debe haber una disminución de la presion. siel estrechamiento es muy grande, como el mostrado en la figura, la linea de gradiente queda por debajo de la tuberia y se produce presión negativa.

en la figura se observa una tuberia que une dos estanques y que por alguna razon, que podria ser de tipo topografico, tiene un tramo alto que queda sobre la linea de gradiente. a este sistema hidraulico se le denomina sifon. H es la carga.

La linea de gradiente esta representada aproximadamente por la linea recta que une las superficies libres de los estanques( en realidad la linea de gradiente no es recta, pues la tuberia no lo es).

todo el tramo que esta sobre la linea de gradiente tine presion negtiva. en los puntos de interseccion entre la linea de gradiente y la tuberia la presion es cero.

debe tenerse presente que hablamos de presiones relativas. por lo tanto" presion cero" significa " presion atmosferica" y "presion negativa" significa " presion menor que la atmosferica".

En el tramo de tuberia en el que la presion es menor que la atmosferia se libera al aire contenido en el agua y si la velocidad no es suficientemente grande el aire queda retenido en la parte superior de la tuberia impidiendo la normal circulacion del agua.

si la presion disminuye mucho aparece vapor de agua y el problema se agrava. por lo tanto un sifon debe diseñarse de modo que la presion este siempre por encima de la correspondiente a la formacion de vapor a la temperatura del agua.

para el calculo del sifon se aplica la ecuacion de la energia entre Ay C

donde

        V:     velocidad media en la tubería

el máximo valor de z depende del valor que se admite para la presion absoluta en C. A fin de evitar la discontinuidad en el escurrimiento por desprendimiento de vapor, esta presión no debe ser inferior a la vaporización del fluido a la temperatura de operacion del sistema. en C se debe tener un valor de la velocidad que sea lo suficientemente alto como para arrastrar las burbujas de aire.

se debe procurar que en el tramo ascendente de la tuberia las perdidas de carga sean minimas.

si hubiera que instalar una valvula de control debe hacerse en el tramo descendente.

se denomina cavitacion al fenomeno de formacion y desaparicion rapida de burbujas(cavidades) de vapor en el seno del liquido. las burbujas se forman en las zonas de reduccion de presion. al ser conducidas a zonas de mayor presion explotan provocando un ruido caracteristico.

En un sistema hidraulico debe evitarse de cavitacion por las siguientes razones

a) la cavitacion significa una discontinuidad en el escurrimiento y por lo tanto una reduccion de la eficiencia de conduccion.

b) la cavitacion significa inestabilidad en el escurrimiento y puede dar lugar a ruido o vibraciones.

c) la ruptura de las burbujas produce tensiones muy fuertes que pueden conducir a la falla estructural de la tubería.

la posibilidad de cavitación se describe por medio de un parametro adimensional denominado parametro de cavitación.

p es la presion absoluta en el punto considerando, Pv es la presion absoluta de vaporizacion del liquido a la temperatura existente, p es la densidad del liquido y V es la velocidad media.

Se observa que el parametro de cavitacion es una forma del numero de euler.

La presion absoluta de vaporizacion varia, como es sabido, con la temperatura. hay curvas y grafucos que expresan la presion absoluta de vaporización en funcion de la temperatura. sin embargo debe tenerse en cuenta que el agua contiene impurezas, sales, que obligan a aceptar valores practicos diferentes. para temperaturas normales se acepta que la presion absoluta de vaporizacion del agua es el orden de 0.2 a 0.3 Kg/cm2...