Tópicos Selectos de Termofluidos

CAPÍTULO I.- INTRODUCCIÓNCAPÍTULO I.- INTRODUCCIÓNPor Sergio Galván

Fac. de Ingeniería MecánicaUMSNH

• Clasificación de los fluidos• Medio Continuo• Definición de Fluido • Propiedades de los fluidos• Transferencia de energía• Viscosidad

Contenido

• Viscosidad• Campo de esfuerzos• Condición de no deslizamiento• Capa límite• Separación de flujo• Tipos de fluidos• Cavitación

• Termofluidos.-– Estudio del comportamiento de un fluido bajo

la influencia de la transferencia de energía.– Rama del conocimiento la cual trata con la

energía contenida y transportada por unfluido.

– Es un tema que analiza: – Es un tema que analiza: • sistemas y procesos relacionados con la energía, • varias formas de energía• transferencia de energía en fluidos.

• Fluido.- Substancia que puede fluir (Calor, masa o líquido ( vapor o gas)).

• Para analizar el comportamiento de losfluidos y la transferencia de energía esnecesario utilizar leyes científicas.

• El desarrollo de la disciplina de• El desarrollo de la disciplina deTermofluidos ha tenido lugartradicionalmente en disciplinas paralelas;Dinámica de Fluidos y Transferencia deCalor

Clasificación de los Fluidos

FÍSICA�MECÁNICA

Celestial

Continua

De los sólidos Estática

FÍSICA�MECÁNICARelativa

Estadística

De los Fluidos

Cinemática

Dinámica

Hidrodinámica

Aerodinámica

Dinámica de gases

• Física : Ciencia natural que estudia las propiedades delespacio, el tiempo, la materia y la energía, así como susinteracciones.

• Mecánica .- Rama de la Física que tiene que ver con elcomportamiento del cuerpo físico cuando está sujeto afuerzas o desplazamientos y los efectos subsecuentes delos cuerpos sobre su alrededor.los cuerpos sobre su alrededor.

• Mecánica Continua .- Rama de la mecánica que trata conel análisis cinemático y comportamiento mecánico demateriales que son modelados como un continuo, esto es,como sólidos y líquidos.

El concepto de continuo supone que la substancia del cuerpoesta distribuida completamente y llena completamente elespacio que el cuerpo ocupa.

Este concepto ignora que la materia esta hecha de átomos (nocontinua) y que esta tiene una especie de microestructuraheterogénea permitiendo la aproximación de cantidades

MEDIO CONTINUO

heterogénea permitiendo la aproximación de cantidadesfísicas tales como Energía, Momentun, Continuidad en unlímite infinitesimal.

La teoría del continuo dice que la masa y elementos devolumen del cuerpo son tomados como pequeños sistemasentre los cuáles la energía puede ser transferida.

• Se considera si el movimiento del líquido o gas va a serdescrito de manera general, es decir, ni el movimientodel átomo o molécula es descrito ni su comportamientomicroscópico se toma en cuenta.– Consiste de elementos muy pequeños de volumen– La dimensión total del medio continuo es mucho mayor que la

distancia intramoleculares.– La trayectoria libre principal entre la colisión de dos moléculas

es pequeña comparada con la longitud característica de loses pequeña comparada con la longitud característica de loscambios de las cantidades de flujo.

– Las propiedades del fluido (V, ρ, µ, κ, T, Cp) se describen sólocomo valores promedio de pequeños volúmenes dependiendode la posición y del tiempo.

– Para definir los valores promedio es necesario que el elementode volumen sea pequeño comparado con el volumen delcontinuo.

• La Mecánica de Fluidos se ocupa del comportamiento macroscópico de los fluidos:– sobre escalas de longitud significativamente

mas grandes que la distancia promedio entre moléculas

– sobre escalas de tiempo significativamente – sobre escalas de tiempo significativamente mas grandes que las asociadas con las vibraciones moleculares.

.

• Continuum es una substancia hipotética que es infinitamente divisible y puede ser tratada estrictamente con métodos macroscópicos.

• Una propiedad del fluido que supone tener un valor definido en cada punto en el espacio.

• Este valor único es definido como el promedio de un gran número de moléculas rodeando un punto o volumen con una distancia pequeña entre ellos la cual es aún muy grande comparada con la distancia intermolecular promedio

EJEMPLOPara la densidad del aire siguiendo un canal con una sección transversal de 1cm2 ,T

∞ = amb y P∞ = amb

Se tiene que 1cm3 de aire tiene 2.7x1019 moléculas con una trayectoria libre de 1x10-5 cm.Entonces : Un cubo de longitud por lado de 1x10-4 cm tiene un volumen de 1x10-12 cm3 que es la 1x1012 parte de un cm3

3 1 9

1 2 3

7

1 2 . 7 1 0 m o l é c u l a s

1 x 1 0

2 . 7 1 0 m o l é c u l a s

c m x

c m x

x x

−

==

=

Este número de moléculas es lo suficientemente grande de manera que el valor promedio de la densidad puede ser definido para cada punto en el campo de flujo.

Por lo tanto se podrá simplificar el problema si se considera el promedio de los efectos de las moléculas en un volumen dado.

• Mecánica de los Fluidos : Estudia elmovimiento de los fluidos (líquidos ygases) así como las fuerzas que loprovocan.– Dinámica de Fluidos .-Tiene que ver con las

fuerzas actuando sobre los fluidos.• Hidrodinámica : estudia el flujo de fluidos para los• Hidrodinámica : estudia el flujo de fluidos para los

que prácticamente no hay cambio de densidad.• Dinámica de gases : estudia los fluidos que

experimentan cambios de densidad considerables.• Aerodinámica : estudia el flujo que pasa a través

de los aviones o cohetes, ya sea un flujoincompresible a baja velocidad o flujo compresiblea alta velocidad.

Que es un fluido

Deformación de un hule colocado entre dos placas paralelas bajo la influencia de un esfuerzo cortante

A diferencia de un líquido, un gas no forma una superficie libre y este se expande para llenar todo el espacio disponible.

El arreglo de los átomos en diferentes fases:

a) Las moléculas están relativamente fijas en un sólido,

b) Grupos de moléculas se mueven de un lado a otro alrededor de unas con otras en una fase líquida.

c) Las moléculas se mueven de un lado a otro de manera aleatoria en una fase gaseosa.

Propiedades de un Fluido• Cinemáticas .-Velocidad lineal, Velocidad angular,

Vorticidad, Aceleración angular, Razón de esfuerzo.

• De Transporte .- Viscosidad, Conductividad térmica,Difusividad de la masa.

• Termodinámicas .- Presión, densidad, temperatura,entalpía, entropía, calor específico, número de Prandtl,coeficiente de expansión térmica.

• Misceláneas .- Tensión superficial, Presión de vapor,coeficientes de difusión de vórtices.

• Los procesos de transferencia o transportelos cuales tienen lugar en fluidos y entresólidos y fluidos son:– Momentum– Masa– Calor

Transporte de energía

– Calor

• Fenómeno de transporte .- Proceso físico quecausa el movimiento o transportación de masa,momentum o calor.

• La razón a la cuál el proceso de transferenciaocurre se determina por la mecánica del flujode fluidos

• Esta aproximación se basa en el entendimientode que el fenómeno de transporte demomentum, calor y masa en un medio fluidoson gobernadas por leyes fundamentalesson gobernadas por leyes fundamentalessimilares y que este transporte debe ser tratadodesde un punto de vista común en una manerasimilar . ( Bird, Steward & Lightfoot, 1960)

• Transporte de masa : Es el transporte de una omás componentes de una mezcla de fluidos omaterial sólido dentro de una fase o sobre lafrontera de la fase.

• Transporte de momentum : La iniciación delmovimiento relativo del fluido y por lo tanto eldesarrollo del gradiente de velocidad existe bajolos gradientes de fuerzas externas tales como:los gradientes de fuerzas externas tales como:presión, elevación, esfuerzo cortante, densidad,fuerzas electromagnéticas.

• Transporte de calor : Ya que el calor siemprefluye sobre la frontera del sistema, en direcciónde la temperatura menor. La transferencia decalor dependerá de la fuerza motriz o que tanintenso o rápido sea este proceso irreversible.

• El transporte de propiedades de las substancias serán caracterizadas por:

– Momentum �Viscosidad �Ley de Newton

– Calor �Conductividad�Ley de Fourier

– Masa �Difusividad �Ley de Fick

Ley de Fourier de Transferencia de Calor

La figura muestra la distribución de temperatura en una placa sólida de área A y espesor δ

El calor será transferido desde la superficie caliente hasta la superficie fría por

2 1( )A T TQ

−αδ

El calor será transferido desde la superficie caliente hasta la superficie fría por conducción.

En estado estable se establece un perfil lineal de temperatura en el sólido.

dy

dtkq

A

Q ==

Donde:

Q es el flux de calor W/m2

T es la temperatura ºK

y es la distancia en dirección de la conducción

k es el coeficiente de conductividad térmica del fluido (W/m ºK)

Diffusion de momentum

-Flujo transitorio inicial entre dos placas;

(a) Inicio,

(b) Intermedio mostrando difusión,

(c) Pefil cerca del estado estable.

Ley de Newton de la viscosidad

Flujo de un fluido viscoso entre dos placas paralelas

• En estado estable se establece un perfil de velocidades lineal

• La fuerza Rf causada por la viscocidad del fluido actuará sobre la superficie del plato

dy

du∝τdy

duµτ =Usando una cte. de proporcionalidad

y – distancia de la pared (m)A - Área del platoτ – Esfuerzo cortante N/m2

τw – (Rf / A) Esfuerzo cortante en la paredµ - Viscosidad (Pa-s)

La viscosidad es una importante propiedad física del fluido y es función de la

De la figura se obtiene:

A

R

A

F fw === ττ

La viscosidad es una importante propiedad física del fluido y es función de lapresión y la temperatura y razón de esfuerzos. Físicamente es la fuerza tangencialpor unidad de área ejercida sobre las capas de fluido a una distancia unitaria deseparación y teniendo una diferencia de velocidad unitaria.

Pero también τ se puede interpretar como la densidad de flujo de cantidad de movimiento de la dirección x en la dirección y positiva

Densidad de flujo = Flux = Flujo por unidad de área.

Capas de fluidos adyacentes a diferentes velocidades para mostrar el intercambio de momentum.

El flux de difusión del componente A es proporcional al gradiente de concentración

dy

dC

A

m AA ∝&

dy

dCDJ

A

m AABA

A ==

Ley de Difusión de Fick

Donde:C- Densidad molar Kmol/m3 o la concentración molarD- Coeficiente de difusión en una mezcla de dos componentes (m2/s)JA- Razón de difusión del componente A por unidad de superficie (kmol/m2s)y – Distancia en la dirección de difusión.

Así, desde el punto de vista macroscópico:•Difusión es la transferencia de masa debido a la diferencia de concentración.•Difusión es el movimiento relativo de una substancia en una fase.

Un perfil lineal de concentración se establece en el tubo de ensayo en estado estable y se llevará a cabo la evaporación del líquido.

La transferencia de material se lleva a cabo por una distribución de concentración no-uniforme.

VIDEO

• Diffusion_1• Diffusion_2

Flux= Coeficiente x Gradiente

Flux = Flujo por unidad de área.

Energía térmica (ley de Fourier)

Flux de calor= Coef. de Conductividad térmica x Gradiente de Temperatura.

ANALOGÍAS

Difusión de masa (ley de Fick)

Flux de masa = Coef. de concentración x Gradiente de concentración

Momentum ( Ley de Newton)

Flux de cant. De Movimiento = Coef. de viscosidad x Gradiente de velocidad

VISCOSIDAD• Cuando dos cuerpos sólidos en contacto se mueven

relativamente el uno con el otro se desarrolla una fuerzaen la dirección opuesta al movimiento.– Ejemplo: Para mover una tabla sobre el piso se tiene que aplicar

una fuerza a la tabla en la dirección horizontal lo suficientementegrande para vencer la fuerza de fricción. El magnitud de la fuerzanecesaria para mover la tabla depende del coeficiente de fricciónnecesaria para mover la tabla depende del coeficiente de fricciónentre la tabla y el piso.

• Coeficiente de fricción: Parámetro empírico que describela proporción entre la fuerza de fricción entre dos cuerposy la fuerza presionándolos y depende del material usado.– Ejemplo: Hielo sobre acero tiene un bajo coef. de fricción mientras

que hule sobre concreto tiene un alto coef. de fricción.

• La situación es similar cuando un fluido semueve relativo a un sólido o cuando dos fluidosse mueven relativamente el uno al otro.– Ejemplo: es fácil moverse en el aire pero no así en el

agua e incluso más difícil en aceite.

• Viscosidad es la propiedad de un fluido que• Viscosidad es la propiedad de un fluido querepresenta la resistencia interna al movimiento.

• Fuerza de arrastre: Es la fuerza de un fluidofluyendo que ejerce sobre un cuerpo en lamisma dirección y su magnitud depende en granmedida de la viscosidad.

Obtención de una relación entre σ y la velocidad

l

V

dy

du

l

V

y

u =∴=

dt

daV =

Gradiente de velocidad

Movimiento del plato

l

dadldda =∴⋅= ββ

El desplazamiento angular o deformación se puede expresar:

dydu

dtd

ldt

ldydu

ldtV

d =∴

⋅=⋅= ββ

Así se concluye que la razón de deformación del fluido es igual al gradiente de velocidad.

Isacc Newton postuló que para un flujo recto, uniforme y paralelo, el esfuerzocortante entre placas de fluido es proporcional al gradiente de velocidad.

La razón de deformación (gradiente develocidad) de un fluido newtoniano esproporcional al esfuerzo cortante y la cte.De proporcionalidad es la viscosidad.

viscosidadpendiente===

b

a

dydu

τ

VIDEOS

• Viscosidad_1.mp4

• viscosity2.mp4

• viscosity - Science Experiment.mp4

• Cool Science Tric(viscosity).mp4

CAMPO DE ESFUERZOS•Las fuerzas de superficie y las fuerzas másicas seencuentran en el estudio de la mecánica del medio continuo.

•Las fuerzas de superficie actúan sobre las fronteras deun medio por contacto directo.•Fuerzas másicas son las fuerzas desarrolladas sincontacto físico y distribuidas por el volumen del fluido,contacto físico y distribuidas por el volumen del fluido,como las fuerzas magnéticas y la fuerza gravitacional.

•Los esfuerzos en un medio son producto de las fuerzas queactúan en alguna parte del mismo.

•El concepto de esfuerzo proporciona una forma convenientepara describir la manera en la cual las fuerzas que actúansobre las fronteras del medio se transmiten a través de él.

Esfuerzo normal yesfuerzo cortante enla superficie de unelemento de fluido.

En un fluido que fluye, considerar una porción dA de la superficie pasando por el punto C

dA

F=EsfuerzodA

Fn=NormalEsfuerzo dA

Ft=CortanteEsfuerzo

Para fluidos en reposo el esfuerzo cortante es cero y elnormal se llama presión.

Si tratamos estas fuerzas en un sistema ortogonal de coordenadas:

El primer subíndice (x) indica el plano sobre el cual actuará el esfuerzo, en este caso una superficie perpendicular al eje.

El segundo subíndice indica la dirección en la cual actúa el esfuerzo, paralela al eje.

Entonces se requieren nueve cantidades paraespecificar el estado de esfuerzos en un fluido yespecificar el estado de esfuerzos en un fluido ypor lo tanto es una cantidad tensorial de 2do. orden

zzzyzx

yzyyxy

xzxyxx

τττττττττ

Los planos se nombran y se denotan como positivoo negativo de acuerdo a la dirección de la normaltrazada hacia fuera del plano

CONDICIÓN DE NO DESLIZAMIENTO

• El flujo de fluidos es confinado regularmente porsuperficies sólidas entonces es importanteentender cómo la presencia de superficies sólidasafectan el flujo de fluidos.

• El fluido en contacto directo con un sólido se pegaa la superficie debido a los esfuerzos viscosos y nohay deslizamiento.

Las superficies reales son verdaderamente muy rugosas sobre las y de hecho, sobreescalas aún lo suficientemente grandes para tomar en cuenta la hipótesis decontinum para fluidos característicos.

Particularmente esta “superficie rugosa” permite a las partículas de fluido seratrapadas e inmovilizadas temporalmente.

Tales partículas de fluido tienen velocidad cero respecto a la superficie, pero esteestado es temporal antes de que otra partícula de fluido tenga el suficientemomentum para desplazarla.

Esta partícula es remplazada por otra partícula de fluido, la cuál también adquierevelocidad cero con respecto a la superficie y esta intercambio constante de partículasde fluido en la superficie da lugar a que la velocidad en dirección tangencial en lasuperficie sea cero lo que caracteriza la condición de no-deslizamiento.

Se observa que la viscosidad es una propiedad muy importante en este procesode reemplazar a la partícula de fluido ya que la probabilidad de que una próximaparticula de fluido tenga exactamente el mismo momentum necesario pararemover la de la cavidad de la superficie es muy baja.

Sin embargo, la viscosidad provoca esfuerzos cortantes que actuan parcialmentepara remover la partícula estacionaria, la cuál podría entonces ser re-emplazadamás facilmente por la siguiente al golpear la superficie en el punto elegido.

Además, es importante reconocer que incluso si no ocurriese el re-emplazamiento del fluido en la superficie sólida, el esfuerzo cortante entre esaspartículas sobre la misma superficie e incluso sobre las adyacentes dentro delfluido, impondrán una fuerza tangencial sobre esos elementos alcanzando unavelocidad cercana pero in idéntica a esa de las superficies adyacentes.

Más allá de esto, la primer capa de partículas de fluido lejos de la paredimpondrá fuerzas tangenciales sobe la siguiente capa y así sucesivamente.

• Considerar el flujo de un fluido en una tubería estacionaria sobre una superficiesólida .

• Todas las observaciones experimentales indican que un fluido en movimiento sedetiene completamente en la superficie y asume una velocidad cero relativa a lasuperficie.

• Es decir que un fluido en contacto directo con un sólido se pega a la superficiedebido a los efectos viscosos y no hay deslizamiento.

• Entonces, la condición de no deslizamiento es responsable del desarrollo de unperfil de velocidades ya que la capa que está pegada a la superficie detiene lacapa adyacente de fluido a causa de las fuerzas viscosas entre las capas defluidos, la cual detiene la próxima capa y así sucesivamente.fluidos, la cual detiene la próxima capa y así sucesivamente.

Desarrollo de un perfil de velocidades debido a la condición de no-deslizamiento como el fluido fluye en una nariz achatada.

Video

• Airfoil-non-slip-condition

• No-Slip Condition

Condición de capa límite

• Es la región de flujo adyacente a la pared enla cual los efectos viscosos y por lo tanto losgradientes de velocidad son significativos.

• La viscosidad es la propiedad de fluidoresponsable por la condición de nodeslizamiento y el desarrollo de la capalímite.

• En x1 en el punto B el flujo no será afectado por la placa por lo tanto la velocidad en este punto será U

∞.

Flujo viscoso laminar incompresible sobre una placa plana.

• La velocidad aumenta desde : u=0 en y=0 hasta u=u

∞en y=yB

• En algún punto en C intermedio la velocidad se encuentra entre cero y yB.

Para 0 ≤ y ≤ yB

entonces 0 ≤ u ≤ u∞

• Por lo tanto se observa que los esfuerzos decorte están presentes dentro de la región:

0 ≤ y ≤ yB .

• Para y > yB el gradiente de velocidad es cero ypor lo tanto no se presentan esfuerzos de corte

• En x2 el perfil de velocidades no es igual al perfilen x1.

• Aquí la placa debiera afectar a una regiónmayor del campo de flujo en la medida que nosmovemos hacia aguas abajo de la placa.

• Ya que en x1 el fluido de movimiento más lento ejerce unafuerza retardadora sobre el fluido que se encuentraencima de él se esperaría que la distancia hacia el puntodonde la velocidad es U

∞se incrementa en la posición x2.

Así:y’B>yB → u’c>uc

• Entonces el campo de flujo se puede dividir en dosregiones:regiones:

La adyacente a la frontera, en donde se presentan losesfuerzos de corte. Esta zona es conocida como capalímite.

La exterior a la frontera, donde el gradiente develocidad es cero y por lo tanto los esfuerzos de corte soncero. En esta zona se utiliza la teoría de flujo no viscoso

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• Fundamentals of Boundary layer Part I

Separación de FlujoCuando un fluido es forzado a fluir sobre una superficie curvada a una velocidad lo suficientemente grande la capa límite no se puede mantenerse unida a la superficie.

La separación de lacapa límite ocurre enel punto donde elgradiente de presiónes cero.

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• airfoil.flv• airfoils1.flv

Tipos de fluidos• El fluido ideal es incompresible y tiene viscosidad cero, es

decir, ofrece ninguna resistencia a los esfuerzos de corte.

• El fluido real tiene una viscosidad finita. En la mayoría de loscasos de flujo se debe de considerar la viscosidad y losesfuerzos cortantes asociados con la deformación del fluido.

• Fluidos reales = Fluidos viscosos• Fluidos reales = Fluidos viscosos

• Fluidos no viscosos son los que tienen viscosidad cero, peropodrían no ser incompresibles.

• El flujo de un fluido ideal se llama flujo no-viscoso incompresibles.

• El flujo de un fluido real se llama flujo viscoso.

• Fluidos reales:– Fluidos Newtonianos : El coeficiente de viscosidad es

independiente de la razón de esfuerzo (gradiente develocidad), es decir µ es una constante para cada fluidoNewtoniano a una presión y temperatura dada.

– Fluidos No-Newtonianos : La viscosidad a una presión ytemperaturas determinadas, es función del gradiente develocidad. Es decir, dependiendo del esfuerzo cortante, lavelocidad. Es decir, dependiendo del esfuerzo cortante, laviscosidad tomará un cierto valor.

Viscosidad, no cte., de un fluidoNo-Newtoniano como función de larazón de deformación

b

a

dydu

== τµ

• Fluidos No-Newtonianos se pueden clasificar deacuerdo a la manera en la cual la viscosidad varíacon la razón de deformación:– B Bingham=ideal plastics: pueden soportar una cierta

cantidad de esfuerzo cortante pero cuando alcanzan uncierto valor de cedencia, el material deforma.

– La línea recta indica que una vez que el plástico ideal hasido deformado, su viscosidad (ahora cte.) essido deformado, su viscosidad (ahora cte.) esindependiente del gradiente de velocidad y es funciónsolo de la temperatura, presión y la composición delmaterial.

– Aguas residuales y lodos son ejemplos comunes.dy

duµττ =− 0

• C Real plastics: La viscosidad no esconstante hasta que se alcanza ciertoesfuerzo. Ejemplo arcilla en agua.

• D Pseudoplastic: Material donde laviscosidad decrece con la razón dedeformación pero se deforma tan pronto comodeformación pero se deforma tan pronto comoun esfuerzo cortante se aplica. La viscosidadllega a ser constante a altas deformacionesdel material. Ejemplo, gels.

• E Dilatant: Material cuya viscosidad se incrementa con la deformación. Ejemplos: arena movediza, mantequilla.

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• exp_nnewflow.flv• Non_New_1.flv• sand.flv• Time Warp Non Newtonian Fluid.mp4• Time Warp Non Newtonian Fluid.mp4

CAVITACIÓN• 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 mediode líquido contínuo bajo el efecto de tensiones excesivas.

• Con este último término se sobreentiende la presión que reinaen el seno de este líquido a partir del cual no se puedeasegurar la cohesión del líquido.

• La cavitación puede producirse en el caso de un líquido enreposo o en la circulación del líquido.

• La cavitación o aspiración en vacío es un efectohidrodinámico que se produce cuando el agua ocualquier otro fluido en estado líquido pasa a granvelocidad por una arista afilada, produciendo unadescompresión del fluido debido a la conservaciónde la constante de Bernoulli (Principio deBernoulli).

constante2

2

=++⋅gzP

V ρρ

• Puede ocurrir que se alcance la presión de vapordel líquido de tal forma que las moléculas que locomponen cambian inmediatamente a estado devapor, formándose burbujas o, máscorrectamente, cavidades.

• Las burbujas formadas viajan a zonas de mayorpresión e implotan (el vapor regresa al estadolíquido de manera súbita, «aplastándose»bruscamente las burbujas) produciendo una estelade gas y un arranque de metal de la superficie enla que origina este fenómeno.

• Un ejemplo simple en el ámbito médico,que todos podemos observar, es el llenadode una jeringa por aspiración; si laaspiración es demasiado intensa, vemosaspiración es demasiado intensa, vemosaparecer una burbuja de gas en la jeringa.

Evolución del agua en función de la temperatura y la presión. Aquí la presión es constante, es decir atmosférica, y la temperatura variable.

En este caso a temperatura constante y una presión variable. A un determinado valor de presión (PCAV 37 ° C) el agua pasa a fase gaseosa a 37 ° C.

• Cuando esta depresión que lleva a la vaporización dellíquido es local (discontinuidad en el medio líquido) lollamamos fenómeno de cavitación, y se manifiesta porla aparición de bolsas de aire y burbujas.

• Cuando esta depresión está focalizada, tras laformación de o de las burbujas, se reequilibran muyformación de o de las burbujas, se reequilibran muyrápidamente las presiones en el seno del fluido lo queimplica una implosión.

• Esta brutal implosión es fuente de ruido. Estefenómeno violento puede afectar a las superficies quehan creado este fenómeno y que se encuentranpróximas a la burbuja de cavitación

Implicaciones en la industria• Pérdida de rendimiento.- En primer lugar, la cavitación merma el

rendimiento mecánico de los sistemas. En una hélice de barco, porejemplo, la aparición de estas burbujas de aire «despegan» el contactodel agua alrededor de la hélice, disminuyendo considerablemente sueficacia.

Aparición de burbujas de cavitación en las palas de una hélice.

• Deterioro- La implosión causa ondas de presión queviajan en el líquido. Estas pueden disiparse en la corrientedel líquido o pueden chocar con una superficie. Si la zonadonde chocan las ondas de presión es la misma, elmaterial tiende a debilitarse metalúrgicamente y se iniciauna erosión que, además de dañar la superficie, provocaque ésta se convierta en una zona de mayor pérdida depresión y por ende de mayor foco de formación deburbujas de vapor.

• Ruido.- 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 las que se busca una máxima discreción (submarinos).

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• bullet in water.flv• Cavitation in a centrifugal pump.mp4• Supercavitation.mp4• Supercavitation_2.mp4• Supercavitation_2.mp4

Empuje y Flotabilidad