Pdf de la práctica - Universidad Politécnica de Madrid

Universidad Politécnica de Madrid
E.T.S. Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos
Prácticas de Laboratorio de Hidráulica
Jaime Garcı́a Palacios
Francisco V. Laguna Peñuelas
2010
Índice general
4. Cavitación
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4.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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4.2. Objetivo de la práctica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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4.3. Desarrollo de la práctica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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4.4. Datos de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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4.5. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1
Ejercicio práctico 4
Cavitación
4.1.
Introducción
La cavitación es un fenómeno que se produce por la disminución de la presión en un fluido por
debajo de la presión de vapor a la temperatura que se encuentra en ese momento.
Este fenómeno es similar a la ebullición, donde se forman burbujas de vapor por elevación de
la temperatura, solo que en esta caso es debido a la pérdida de presión. Estas burbujas son muy
dañinas para las conducciones en presión debido a tres efectos principalmente:
Pulsación: Se produce al formarse las burbujas de aire y desaparecer debido al incremento de
la presión de agua una vez que pasamos la zona de ’bajas presiones’. Estas burbujas explotan
pudiendo hacer daño en las paredes del tubo y ocasionando una vibración que hemos oı́do
muchas veces en las cañerı́as.
Rendimiento: Cualquier aparato conectado en esa conducción, sobre todo si esta cercano a la
zona donde se produce al cavitación, recibirá unos caudales no uniformes que hacen que su
rendimiento sea malo, pudiendo sufrir mecánicamente.
Oxidación: En le caso de tuberı́as metálicas, la existencia de aire en el interior facilita la
oxidación de las mismas.
4.2.
Objetivo de la práctica
El objetivo de la práctica es observar como se puede producir este fenómeno a temperatura
ambiente, con un instrumento tan sencillo como una manguera transparente.
Asimismo se determinará la reducción en la sección necesaria para que se forme la cavitación
para los datos de entrada propuestos en el ejercicio numérico, ya que no se miden datos en el
laboratorio.
2
Desarrollo de la práctica
4.3.
3
Desarrollo de la práctica
La práctica consiste en la apertura de un grifo conectado a una manguera transparente. La
manguera se retorcerá hasta que se forme la cavitación que puede observarse a simple vista. Este
fenómeno también puede oı́rse.
Dada la dificultad de realizar medidas se proponen los valores del caudal circulante Q, el
diámetro de la tuberı́a D, y el valor obtenido para la presión de vapor a 20o para el agua % = 2,37
kP a.
Planteando Bernoulli entre la sección de salida del tubo y la sección donde se produce la
cavitación, suponiendo que no se producen pérdidas continuas ni localizadas de carga, se tiene:
z1 +
P1
v2
P2
v2
+ 1 = z2 +
+ 2
γ
2g
γ
2g
(4.1)
Si suponemos igual cota en ambas secciones, se tiene z1 = z2
Se tomará P1 = Patm = 760 mm de columna de mercurio (ρHg = 13,6 ρa siendo la densidad del
agua ρa = 1000 kg/m3 ).
Conocido el caudal, y aplicando la ecuación de continuidad:
v=
Q
Q
=
S
D2
π
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(4.2)
Puede obtenerse cual es el diámetro de la sección 2 (D2 ) para que se forme la cavitación.
4.4.
Datos de entrada
Los datos a recoger en la práctica se rellenan en la tabla 4.1. Estos datos cambian cada vez que
se entre a realizar esta práctica por lo que se recomienda resolverla de forma generalizada.
Q
(l/min)
D1
(cm)
%20o C
(kP a)
Patm
(mm Hg)
Medida 1
Tabla 4.1: Datos necesarios para obtener el diámetro de la sección
4.5.
Resultados
Con estos datos se obtendrá el diámetro necesario para producir la cavitación.
Para todos los cálculos, considerar la aceleración de la gravedad g = 9,81m/s2
Resultados
Velocidad media a la salida del tubo. Medida 1
V1
m/s
Diámetro necesario para generar la cavitación. Medida 1
D2
cm
Velocidad media en la constricción. Medida 1
V2
m/s
Comentarios que se desee añadir en relación a esta práctica.
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