Un experimento de enseñanza e investigación sobre el fenómeno de la cavitación en bombas centrífugas

• Autores: Jorge Luis Reyes De la Cruz, Gerardo Ruiz Chavarría, Sergio Hernández Zapata
• Localización: Latin-American Journal of Physics Education, ISSN-e 1870-9095, Vol. 4, Nº. Extra 1, 2010
• Idioma: español
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    La cavitación un fenómeno recurrente en las bombas centrífugas fundamentalmente. Es un proceso físico muy parecido a la ebullición, la diferencia consiste en que en esta, la formación de burbujas se produce cerca de las superficies sólidas y es debido a una disminución de la presión dinámica por debajo de la presión de vapor del líquido en movimiento. Posteriormente cuando la presión vuelve a aumentar se produce la implosión de las burbujas que generan ondas de choques, que pueden dañar el impulsor de la bomba provocando pérdida de eficiencia. Para estudiar este fenómeno se ha construido una instalación experimental, consistente en un circuito hidráulico alimentado por una bomba centrífuga. Para medir la presión se utilizan transductores piezoeléctricos y su registro con tarjetas de adquisición de datos de 14 y 16 bits de resolución. Se muestra como el surgimiento de la cavitación depende de variables como la temperatura del líquido, el gasto volumétrico y la altura de succión. Se presentan gráficas de la presión en función del tiempo, se muestran también datos de las vibraciones que ocurren al surgir la cavitación y algunas imágenes de la evolución de las burbujas dentro de las tuberías. Finalmente, se hace propuesta para lograr disminuir o eventualmente eliminar la cavitación o sus efectos. Se debe destacar que esta es una alternativa a los túneles de cavitación, que se ha construido con materiales que son fáciles de conseguir.

  • English

    Cavitation is a recurrent phenomenon, fundamentally in centrifugal pumps. It is a physical process very similar to boiling. However, in this case the bubbles form near the solid surfaces due to the dynamical pressure falling below the vapor pressure of the flowing liquid. As the pressure increases once again the bubbles implode producing shock waves that may damage the impeller of the pump leading to a smaller efficiency. In order to study this phenomenon, an experimental setup has been built consisting of a hydraulic circuit fed by a centrifugal pump. Piezoelectric transducers are used to measure the pressure. The information is registered in cards of data acquisition with a resolution of 14 or 16 bits. The emergence of cavitation depends on variables such as the liquid temperature, the volumetric flow rate and the suction height. Curves of pressure as a function of time are obtained. Data on vibrations that occur as a result of cavitation as well as images of the bubble evolution inside the pipes are also shown. Finally, a method for decreasing (or, eventually eliminating) cavitation and its effects is proposed. It should be remarked that this is an alternative to the cavitation tunnels requiring only materials that are easy to obtain.