UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTINFACULTAD DE INGENIERÍA PROCESOS Escuela Profesional de Ingeniería Metalúrgica Guía de Practicas Análisis de Fallas Practica Nº 5 Fallas por Cavitación 2017 1 Guía de prácticas/Análisis de Fallas/2017 - Nº 5 Ing. Juan Manuel Jara Gonzales Problemas de la Cavitación en la Ingeniería Uno de los cuidados que debe tener un ingeniero al seleccionar. puesto que imposibilita a estos navíos de guerra mantener sus características operativas de silencio e indetectabilidad por las vibraciones y ruidos que la cavitación provoca en el casco y las hélices. este efecto es todavía más estudiado. Las picaduras causadas por el colapso de las cavidades producen un enorme desgaste en los diferentes componentes y pueden acortar enormemente la vida de la bomba o hélice. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e implotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita. evitado e indeseado. para el diseño de todo tipo de barcos debido a que acorta la vida útil de algunas partes tales como las hélices y los timones. 2. La creación y posterior colapso de las burbujas crea fricción y turbulencias en el líquido. más correctamente. este fenómeno producido normalmente en las salidas de los alabes del rotor de una bomba y en las paredes de la tubería es desfavorable. es la cavitación.Nº 5 Ing. En los submarinos. Esto contribuye a una pérdida adicional de rendimiento en los dispositivos sometidos a cavitación. 2 Guía de prácticas/Análisis de Fallas/2017 . Juan Manuel Jara Gonzales . Objetivos: Conocer y evaluar las fallas ocasionadas por el fenómeno físico de cavitación que generalmente se estudian en bombas y tuberías de transporte de fluidos. Foto N° 1 Idealización del fenómeno de Cavitación Es un proceso físico que es muy parecido al de la ebullición. produciendo una descompresión del fluido. debido a que causa daños y aumenta el costo de mantenimiento. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor. La cavitación puede dañar casi cualquier material. El colapso de las cavidades supone la presencia de gran cantidad de energía que puede causar enorme daño. En la ingeniería naval se estudia el fenómeno. cavidades. la diferencia es que la cavitación es causada por una caída de la presión local por debajo de la presión de vapor mientras que la ebullición lo hace por encima de la presión ambiente local. «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno. formándose burbujas o. las parte de una estación de bombeo. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA Fallas por Cavitación 1. Introducción: La Cavitación Es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido pasa a gran velocidad por una arista afilada. se descomponen en tamaños microscópicos. (tubos venturi) estos efectos se pueden transmitir a las demás partes del equipo de bombeo reduciendo la eficiencia y pudiendo causar serios daños como la corrosión de partículas de metal (pitting) Cuando las burbujas de vapor se implotan se produce una especie de martilleo lo que produce un deterioro en las paredes de la carcaza. a burbujas que. estos choques provocan sobrepesiones (golpe de ariete) que se propagan en todas las direcciones afectando principalmente a las ranuras de las superficies metálicas por lo que en muy poco tiempo pueden ocasionar daños a la estructura de la maquina (rotor). aunque también sucede en los ductos sobre todo donde se encuentran reducciones seguidas de ampliaciones bruscas. con la fuerza del agua. saliendo disparadas a gran velocidad. dando lugar. Además los martilleos en ocasiones son tan fuertes que producen ruidos los cuales pueden ser molestos durante la operación de la bomba. las partículas en estado liquido se aceleran y se desplazan hacia el centro de estas burbujas chocando entre si. Juan Manuel Jara Gonzales . Su importancia radica en la constancia y repetición del fenómeno. lo que favorece su actuación. de las palas del impulsor el cual el daño esta en función de la proximidad en que se encuentran estas implosiones. a manera de explosiones de las partículas de líquido. Efecto químico: Con la implotación de las burbujas se liberan iones de oxigeno que como sabemos atacan las superficies de los metales. este último. Los golpeteos los cuales al ser muy fuertes dan la impresión que la bomba acarrea grava causan un desequilibrio en la maquina dañando las uniones de los tubos con esta. Naturaleza de la cavitación Actualmente se sabe que la cavitación es debida principalmente a la acción mecánica de impactos rápidos. 3 Guía de prácticas/Análisis de Fallas/2017 . Los efectos que tiene sobre la maquinaria de bombeo son: Efecto mecánico: Con las implosiones se decrecen los diámetros de las burbujas. Esto provoca un fuerte impacto en el lecho que puede ser de hasta 60 t/m². Efectos de la cavitación Como ya se ha mencionado la cavitación ocurre en las bombas. Foto N° 2 Desprendimiento de material por efectos de cavitación La cavitación se presenta también en el fondo de los ríos donde se genera a partir de irregularidades del lecho disociando el agua y el aire. Ambos son sometidos a presiones. cuya naturaleza no se ha llegado a dilucidar por completo. La cavitación es un proceso erosivo frecuente en los pilares de los puentes.Nº 5 Ing. aunque no se descarta la posibilidad de acción química corrosiva. así como aflojan las partes que la sostienen. Los impactos que se generan son periódicos. Desplazándose rápidamente aún consume más energía pues la resistencia al avance del agua contra una superficie sumergida aumenta con la velocidad. Foto N° 4 La supercavitación es la versión extrema de la cavitación Cavitación de succión La cavitación de succión ocurre cuando la succión de la bomba se encuentra en unas condiciones de baja presión/alto vacío que hace que el líquido se transforme en vapor a la entrada del rodete. La supercavitación es la versión extrema de la cavitación en la que se forma una única burbuja de manera que envuelve el objeto en desplazamiento casi por completo. ya que se trata de cálculos muy complicados. Juan Manuel Jara Gonzales . donde el vapor regresa al estado líquido de manera súbita aplastándose bruscamente las burbujas. Si el líquido fluye a través de una región donde la presión es menor que su presión de vapor. Este fenómeno se llama cavitación Supercavitacion Propulsar un cuerpo bajo el agua necesita gran cantidad de energía. se produce un fenómeno vibratorio que aumenta la erosión del material por fatiga. siguiendo fronteras curvas o alrededor de cuerpos sumergidos. Esta baja que sufre la presión es debida a los efectos dinámicos de un líquido al escurrir. El fenómeno consiste en un cambio rápido y explosivo de fase líquida a vapor. lo que permite desplazarse a alta velocidad. Los ingenieros navales constantemente tratan de mejorar los cascos de los barcos con el objetivo de minimizar la fricción del agua. Estas burbujas son transportadas por el líquido hasta llegar a una región de mayor presión. La idea es minimizar la superficie húmeda del cuerpo en movimiento encerrándolo en una burbuja de gas de baja densidad.Nº 5 Ing. es decir. Mucha de la teoría todavía no está en papel. Este vapor es transportado hasta la zona de descarga de la bomba donde 4 Guía de prácticas/Análisis de Fallas/2017 . y luego aumenta linealmente con la velocidad (y no geométricamente). Los científicos han hallado una nueva forma de evitar la resistencia al avance del agua. El asunto es que la resistencia general se reduce enormemente una vez que se alcanza un régimen de supercavitación. éste hierve y forma burbujas. Foto N° 3 Fenómeno de la Implosión que origina la cavitación Descripción del fenómeno La cavitación se produce siempre que la presión en algún punto o zona de la corriente de un líquido desciende por debajo de un cierto valor mínimo admisible. Además y debido a la alta presión de funcionamiento es de esperar un fallo prematuro de las juntas de estanqueidad y rodamientos de la bomba. Foto N° 5 Áreas de cavitación en Impulsores Cavitación de descarga La cavitación de descarga sucede cuando la descarga de la bomba está muy alta. esto origina el fallo prematuro de la bomba. Materiales 5 Guía de prácticas/Análisis de Fallas/2017 .el vacío desaparece y el vapor del líquido es de nuevo comprimido debido a la presión de descarga. Una bomba funcionando bajo estas condiciones muestra un desgaste prematuro del rodete. La elevada presión de descarga provoca que la mayor parte del fluido circule por dentro de la bomba en vez de salir por la zona de descarga. Foto N° 6 Fenómeno se le conoce como "slippage". Bajo condiciones extremas puede llegar a romperse el eje del rodete. Juan Manuel Jara Gonzales . a este fenómeno se le conoce como "slippage". A medida que el líquido fluye alrededor del rodete debe de pasar a una velocidad muy elevada a través de una pequeña apertura entre el rodete y el tajamar de la bomba. Un rodete que ha trabajado bajo condiciones de cavitación de succión presenta grandes cavidades producidas por los trozos de material arrancados por el fenómeno. Esta velocidad provoca el vacío en el tajamar (fenómeno similar al que ocurre en un venturi) lo que provoca que el líquido se transforme en vapor. tajamar y álabes. 3. Esto ocurre normalmente en una bomba que está funcionando a menos del 10% de su punto de eficiencia óptima.Nº 5 Ing. Se produce en ese momento una violenta implosión sobre la superficie del rodete. Luna de vidrio 2. Filmadora https://sites. Trapo industrial B.google. Microscopio Metalográfico 4. Aplique sus conocimientos y señale con un marcador donde se sitúa la mayor falla por cavitación y explique por qué se ha producido un desgaste selectivo y llene el formato adjunto. Pinza 5. 6 Guía de prácticas/Análisis de Fallas/2017 . Marcador indeleble 3. Guantes de jebe 2. Procedimiento: a) Conforme su grupo de trabajo de cinco estudiantes. Válvula de Compuerta C. Alicate 5.Nº 5 Ing. Alcohol D. Equipos: 1. y analice la falla por cavitación de la válvula de compuerta.com/a/libertadores.edu. Lupa 4. EPPS: 1. Otro complementario E.co/cavitacion-3/contacta 6. Lentes de seguridad 3. Zapatos de seguridad mameluco Equipos de apoyo: a. Cepillo de limpieza 6. Juan Manuel Jara Gonzales . Cámara fotográfica b. Guardapolvo y/o 4. A. Medio agresivo Provocado por el Si Si Si El agua es el artífice para que ocurra esta agua fenómeno llamado cavitación Sector industrial / Gaseoducto. hace baja temperatura ocurrirá las burbujas que temperatura similar baje. FORMATO DE INSPECCION ANALISIS DE FALLAS . ASPECTO FISICO ( Dibuje un aspecto representativo del area corroida) . se hace que se corroa mucho mas. como una picadura La parte de contacto hace que poco a poco empiece a comerse o carcomiéndose Acción conjunta Es provocado por la Si Si Si Si un sólido es sumergido a un líquido de corrosión alta presión. minera Si Si si Donde existe mayor transporte de líquidos Servicios ductos.U N S A /CPM 2017 Nro 05 Fecha: 05/06/2017 INSPECCION DEL TIPO DE CORROSION PRESENCIA DE TIPOS DE CORROSION DETALLE SEVERIDAD SUSTRATO OBSERVACIONES HERRUMBRE Mecanismo de cavitación Si Si Si La tensión de la burbuja proporcionada reacción Morfología del Presenta una parte Si Si Si Por las constante producción de tensiones Ataque pastosa desgranada. linea de gas a una alta presión. el cual ocurre en un sistema de agua cuando hay un cambio repentino de dirección de agua Cuando la válvula de rápido cierre cierra repentinamente detiene el paso del agua que fluye al resto de la tubería y la energía de presión es transferida a la válvula y la pared de la tubería RECUBRIMIENTO PARA REPARACION Producto Tipo de producto Preparacion de Duracion OBSERVACIONES superficie Ninguna un cambio -------. ………… No nada Una vez fallado este parte del metal tiene que ser directo. Mecanismo de reacción OBSERVACIONES Mecanismo por Este mecanismo ha sido provocado por el mecanismo de aire lo cual a una temperatura baja ocurrió que la cavitacion burbuja haya surgido y esto por la presión ejercida por la tensión la burbuja a estado carcomiendo o llamado fenómeno hidráulico Uno de las reacciones ejercidas es la erosión y corrosión al momento ejercido por el golpe ejercido por la burbuja (tension) la cavitación se produce cuando la presión en un punto del líquido resulta inferior a la tensión del vapor AREA FISICA AFECTADA ( Mida el area afectada por corrosion e indique el porcentaje ) Parte fisica afectada OBSERVACIONES Justo en la haciento de La parte mayor que talvez contenga la presión ejercida por el líquido que fluye por la tubería el golpe del la válvula choque es el incremento momentáneamente en presión. Lo fallado ya no tiene solución. no tiene reemplazado por uno nuevo. solución y si o si tiene que ser reemplazado . Nº 5 Ing. RESUMEN FINAL DE LA INSPECCION Si el fluido de trabajo se evapora a la entrada de la bomba. ocurre un ruido y un desgaste conocido como cavitación Frecuentemente la cavitación esta combinada con corrosión. En esta condición el material puede sufrir un daño considerable aun con niveles bajos de cavitación. La severidad de la erosión puede acentuarse si el líquido mismo tiene agentes corrosivos. Juan Manuel Jara Gonzales . como agua con ácidos o gran cantidad de oxígeno disuelto Nombres: Torres Arizaca Abad CUI: 20153406 JMJG/Corrosion Laboratorio/2017 Guía de prácticas/Análisis de Fallas/2017 . La implosión de las burbujas destruye las capas protectoras dejando a la superficie del metal permanentemente activada para el ataque químico. . La valvula tipo bola tiene un angulo que lo cual hace que desvie por un solo lado el liquido o fluido. El daño se puede acelerar considerablemente por el efecto de las partículas impulsadas por los pequeños. Fundamente. la presión que las rodea va aumentando hasta que llegan a un punto donde la presión exterior es mayor que la interior y las burbujas colapsan el proceso es una implosión. Las burbujas no colapsan simétricamente de modo que el líquido que las rodea se precipita a llenar el hueco produciendo un micro jet c) Los sólidos en suspensión en el fluido afecta al desgaste por cavitación. Si el fluido contiene pequeñas partículas sólidas erosivas (como en bombeo de pulpas minerales). Vórtices que se forman en las incipientes picaduras 11 Guía de prácticas/Análisis de Fallas/2017 . De todas maneras ya que las sustancias sólidos en suspensión estás posee su propio gravedad específica y al momento de formarse junto con la burbuja tendrá mayor razón un coeficiente rozamiento. en partes asociadas mayormente no los es porque al momento de cerrar esto hace que el líquido choque con la pared de la bola. Juan Manuel Jara Gonzales . Cientos de burbujas colapsan en aproximadamente el mismo punto de cada alabe.7.Nº 5 Ing. A medida que las burbujas se desplazan. Cuestionario a) Indique por que el desgaste por cavitación en la válvula tipo bola es puntual y no ha afectado otras zonas. Siempre y cuando manejando las variables a esto para que no produzca una cavitación y asi evitar su tiempo de vida. b) Fundamente por que la textura de la zona dañada por cavitación es porosa. Nº 5 Ing.com/a/libertadores. https://sites.también se puede apreciar el caudal va estar limitado a un caudal máximo de cavitación y se puede ocurrir en cualquier punto donde baje la presión esto puede ocurrir en bombas Conclusión: Que la altura disponible siempre será mayor a la requerida si esto nos da menor entonces abra cavitación . Juan Manuel Jara Gonzales .d) ¿Cuál es la diferencia entre la cavitación en un fluido y en un gas? La cavitación o en aspiraciones en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando se crean cavidades de vapor dentro del agua o cualquier otro fluido en estado líquido en el que actúan fuerzas que responden a diferencias de presión. Más burbuja y el desgaste será mucho más de los pensado y tiempo de durabilidad será menor a >presión> burbujas >desgaste<tiempo de vida f) Sugerencias. Si a mayor presión ocurrirá el calentamiento del líquido y esto ocasiona mayor provocamiento de burbuja . ya que existe un caudal crítico para la cavitación. Mayor probabilidad se ocurra una cavitación seria en un fluido por la presencia de temperatura y presión aplicada del fluido Gas menos probabilidad e) La presión de fluido afecta el desgaste por cavitación.academia.google. como puede suceder en un fluido «aplastándose» bruscamente las burbujas produciendo una estela de gas . Que sucede cuando una bomba cavita? Hay un cambio de estado de fluido este cambio es de líquido a gaseoso .edu/24447562/Pr%C3%A1ctica_No_2_Cavitaci%C3%B3n 12 Guía de prácticas/Análisis de Fallas/2017 .edu.co/cavitacion-3/contacta http://www. Nº 5 Ing.4. Juan Manuel Jara Gonzales . Anexos Llave de compuerta tipo Bola Textura de la falla por cavitación Cavitación puntual en llave-extensión Efecto de las implosiones 13 Guía de prácticas/Análisis de Fallas/2017 .