La cavitación es un término general usado para describir el comportamiento de vacíos o de burbujas en un líquido. La cavitación se divide generalmente en dos clases de comportamiento: cavitación de inercia (o transeúnte) y cavitación no-de inercia. La cavitación de inercia es el proceso donde se derrumba un vacío o una burbuja en un líquido rápido, produciendo una onda expansiva. Tal cavitación ocurre a menudo en las bombas, propulsores, impeledores y en los tejidos vasculares de plantas. la cavitación No-de inercia es el proceso donde una burbuja en un líquido se fuerza para oscilar de tamaño o para formar debido a una cierta forma de entrada de energía, tal como un campo acústico. Tal cavitación se emplea en baños de la limpieza ultrasónica y se puede a menudo también observar en las bombas, los propulsores etc.

Cavitación de inercia

La cavitación de inercia primero fue estudiada por señor Rayleigh en el siglo de fines del siglo diecinueve en que él consideraba el derrumbamiento de un vacío esférico dentro de un líquido. Cuando un volumen de líquido se sujeta a una presión suficientemente baja puede romper y formar una cavidad. Este fenómeno se llama inicio de la cavitación y puede ocurrir detrás de la lámina de un propulsor rápido giratorio o en cualquier superficie que vibra bajo el agua con suficientes amplitud y aceleración. Otras maneras de generar vacíos de la cavitación implican la deposición local de la energía tal como un pulso enfocado intenso del laser (cavitación óptica) o con una descarga eléctrica a través de una chispa. Los gases del vapor se evaporan en la cavidad del medio circundante, así la cavidad no es un vacío perfecto sino tiene una presión de gas relativamente baja. Una burbuja de la cavitación de la presión tan baja en un líquido comenzará a derrumbarse debido a la presión más alta del medio circundante. Pues se derrumba la burbuja, la presión y la temperatura del vapor dentro aumentarán. La burbuja se derrumbará eventual a una fracción minuciosa de su tamaño original, en cuyo punto el gas dentro se disipa en el líquido circundante vía un mecanismo algo violento, que lanza una cantidad significativa de energía bajo la forma de onda de choque acústica y como luz visible. Actualmente derrumbamiento total, la temperatura del vapor dentro de la burbuja puede ser vario mil Kelvin, y la presión varios cientos de atmósferas.

La cavitación de inercia puede también ocurrir en presencia de un campo acústico. Las burbujas de gas microscópicas que están generalmente presentes en un líquido serán forzadas para oscilar debido a un campo acústico aplicado. Si la intensidad acústica es suficientemente alta, las burbujas primero crecerán de tamaño, y en seguida se derrumban rápido. Por lo tanto, la cavitación de inercia puede ocurrir incluso si el rarefraction en el líquido es escaso para a Rayleigh-como vacío de ocurrir. El ultrasónicos del poder más elevado utiliza generalmente la cavitación de inercia de las burbujas microscópicas del vacío para el tratamiento de superficies, de líquidos y de mezclas.

El proceso físico del inicio de la cavitación es similar al que hierve . La diferencia principal entre los dos es las trayectorias termodinámicas que preceden la formación del vapor. La ebullición ocurre cuando la presión de vapor local del líquido se levanta sobre su presión ambiente local y la suficiente energía está presente causar el cambio de fase a un gas. El inicio de la cavitación ocurre cuando las caídas locales de la presión suficientemente lejos debajo de la presión de vapor saturado, un valor dado por la fuerza extensible del líquido.

Para que inicio de la cavitación ocurra, el " de la cavitación; bubbles" necesitar generalmente una superficie en la cual puedan el nucleado. Esta superficie se puede proporcionar por los lados de un envase o por las impurezas en el líquido o por la pequeña microburbuja sin disolver dentro del líquido. Está generalmente aceptado que las superficies hidrofóbicas estabilizan pequeñas burbujas. Estas burbujas preexistentes comienzan a crecer ilimitadas cuando se exponen a una presión debajo de la presión del umbral, llamado el umbral de Blake.

cavitación No-de inercia

la cavitación No-de inercia es el proceso donde las pequeñas burbujas en un líquido se fuerzan para oscilar en presencia de un campo acústico, cuando la intensidad del campo acústico es escasa para causar derrumbamiento total de la burbuja. Esta forma de cavitación causa perceptiblemente menos erosión que la cavitación de inercia, y es de uso frecuente para la limpieza de materiales delicados, tales como obleas de silicio.

Problemas

La cavitación es, en muchos casos, una ocurrencia indeseable. En dispositivos tales como propulsores y bombas la cavitación causa mucho de ruido, daño a los componentes, vibraciones, y una pérdida de eficacia.

Cuando se derrumban las burbujas de la cavitación, fuerzan energía líquida a los volúmenes muy pequeños. De tal modo, creando puntos de la temperatura alta y emitiendo las ondas expansivas (que son una fuente de ruido). El ruido creado por la cavitación es un problema particular para los submarinos militares pues aumenta las ocasiones de la detección en el sonar .

Aunque el derrumbamiento de una cavidad sea un acontecimiento de la energía relativamente baja, cuando se localiza alto puede erosionar los metales, tales como acero, en un cierto plazo. Las picaduras causadas por el derrumbamiento de cavidades producen gran desgaste en componentes y pueden acortar dramáticamente un curso de la vida del propulsor o de la bomba.

En industria, la cavitación es de uso frecuente al homogeneiza, o mezcla y analiza partículas suspendidas en un compuesto líquido coloidal, tal como mezclas de la pintura, o la leche. Muchas mezcladoras industriales se basan sobre este principio de diseño. Es alcanzado generalmente con diseño del impeledor, o forzando la mezcla con una abertura anular que tenga un orificio estrecho de la entrada con un orificio mucho más grande de la salida: la disminución drástica de la presión como el líquido acelera en causas del volumen la cavitación más grande para ocurrir. Este método se puede controlar con los dispositivos hidráulicos que controlan el tamaño del orificio de entrada, y éste permite el ajuste al " de proceso; " en marcha;, o para diversas sustancias. La superficie externa de este tipo de válvula de mezcla, sobre el cual la cavitación burbujea se conduce contra para causar su implosión, experimenta la enorme tensión, y se construye a menudo de materiales estupendo-duros o resistentes tales como acero inoxidable, Stellite, o aún diamante policristalino (PCD).

Los dispositivos de cavitación de la purificación del agua también se han diseñado, en los cuales las condiciones extremas de la cavitación pueden analizar los agentes contaminadores y las moléculas orgánicas. El análisis espectral de la luz emitido en las reacciones sonochemical revela el producto químico y mecanismos basados plasma de la transferencia de energía. La luz emitida de burbujas de la cavitación se llama Sonoluminesence .

Los productos químicos hidrofóbicos son atraídos bajo el agua por la cavitación mientras que la diferencia de la presión entre las burbujas y el líquido riega fuerzas ellas para ensamblar junta. Este efecto puede asistir al plegamiento de proteína.

Uso biomédico

La cavitación desempeña un papel importante de la destrucción de las piedras de riñón en el lithotripsy de la onda expansiva. Se prueba actual si la cavitación se puede utilizar para transferir las moléculas grandes en las células biológicas ( Sonoporation ). La cavitación del nitrógeno es un método usado en la investigación al lyse las membranas celulares de mientras que deja los organelos intactos. La cavitación también desempeña probablemente un papel en el HIFU, una metodología no invasor del tratamiento para el cáncer .

Bombas y propulsores

Los lugares importantes en donde ocurre la cavitación están en bombas, en los propulsores, o en las restricciones en un fluido.

Como presión baja de un impeledor (en una bomba), o las láminas del propulsor (como en el caso de una nave o de un submarino) se mueven a través de un líquido, se forman las áreas mientras que el líquido acelera alrededor y pasa las láminas. Cuanto más rápidamente las láminas se mueven, más baja es la presión alrededor de ella puede convertirse. Pues alcanza la presión de vapor, el flúido vaporiza y las pequeñas burbujas de las formas del gas. Ésta es cavitación. Cuando se derrumban las burbujas más adelante, causan típicamente ondas de choque locales muy fuertes en el líquido, que puede ser audible y puede incluso dañar las láminas.

La cavitación en bombas puede ocurrir en dos diversas formas:

Cavitación de la succión

La cavitación de la succión ocurre cuando la succión de la bomba está bajo condición de la presión baja/del alto vacío adonde el líquido da vuelta en un vapor en el ojo del impeledor de la bomba. Este vapor se transporta al lado de la descarga de la bomba donde ve no más vacío y es comprimido nuevamente dentro de un líquido por la presión de la descarga. Esta acción imploding ocurre violentamente y ataca la cara del impeledor. Un impeledor que ha estado funcionando bajo condición de la cavitación de la succión puede tener pedazos grandes del material quitados de su cara o pedacitos muy pequeños del material quitados haciendo al impeledor mirar la esponja como. Ambos casos causarán la falta prematura de la bomba a menudo debido a la falta del cojinete. La cavitación de la succión es identificada a menudo por un sonido como la grava o los mármoles en la cubierta de la bomba.

Cavitación de la descarga

La cavitación de la descarga ocurre cuando la presión de la descarga de la bomba es extremadamente alta, normalmente ocurriendo en una bomba que esté funcionando en menos el de 10% de su mejor punto de la eficacia. La alta presión de la descarga hace a mayoría del líquido circular dentro de la bomba en vez de ser permitida fluir hacia fuera la descarga. Como los flujos líquidos alrededor del impeledor que debe pasar con la pequeña separación entre el impeledor y el tajamar de la bomba a velocidad extremadamente alta . Esta velocidad hace un vacío convertirse en el tajamar (similar a qué ocurre en un venturi ) que dé vuelta al líquido en un vapor. Una bomba que ha estado funcionando bajo estas condiciones demuestra el desgaste prematuro de las extremidades de la paleta del impeledor y del tajamar de la bomba. Además, debido a las condiciones de alta presión, a la falta prematura del sello mecánico de la bomba y a los cojinetes puede ser esperado. Bajo condiciones extremas, esto puede romper el eje del impeledor.

La cavitación de la descarga se cree para ser la causa el agrietarse de los empalmes . Los daños graves son causados por la cavitación.

Cavitación en motores

Algunos motores diesel de un más grande sufren de la cavitación debido a la alta compresión y a las paredes de tamaño insuficiente del cilindro . Las vibraciones de la pared del cilindro inducen la alternancia bajo y la alta presión en el líquido refrigerador contra la pared del cilindro. El resultado es picaduras de la pared del cilindro que deja eventual el líquido de enfriamiento escaparse en el cilindro y los gas de combustión a escaparse en el líquido refrigerador.

Es posible evitar que esto suceda con los añadidos químicos en el líquido de enfriamiento que forman una capa de protección en la pared del cilindro. Esta capa será expuesta a la misma cavitación, pero se reconstruye.

Plantas vasculares

La cavitación ocurre en el xilema de las plantas vasculares cuando el potencial del agua llega a ser tan grande que el aire disuelto dentro del agua se amplía para llenar la célula de la planta - los elementos del recipiente o las plantas de los Tracheids pueden generalmente reparar el xilema formado cavidades, por ejemplo con la presión de la raíz, pero para otras tales como vides, la cavitación lleva a menudo a la mortalidad. En algunos árboles, el sonido de la cavitación es claramente audible. Del otoño la temperatura de caída aumenta la formación de burbujas de aire en los tracheids de un ciertas especies de la planta, haciéndolas caer sus hojas.

Camarón

El camarón de pistola encaja a presión una garra especializada para crear la cavitación, que puede matar pequeños pescados. El camarón de predicador (tipo smasher) utiliza la cavitación también para atontar, romper abierto, o matar los crustáceos sobre los cuales banquetea.

Erosión costera

En la última mitad de la década, la erosión costera bajo la forma de cavitación de inercia ha estado generalmente aceptada. Los bolsillos de aire en una onda entrante son forzados en las grietas en el acantilado que es erosionado, la fuerza de la onda después comprimen los bolsillos de aire hasta que la burbuja implodes, líquido que se convierte, emitiendo las varias formas de energía que arruinan aparte la roca.

Lista de túneles de la cavitación

Túnel de agua (hidrodinámico)

Francia

" Tunnel de Cavitation" Ecole Navale, Lanveoc
" Túnel magnífico Hydrodynamique" DES Carènes, Val de Reuil de los d'Essais de Bassin

Noruega

" Cavitación Lab" NTNU, la universidad noruega de la ciencia y tecnología, Strondheim

Suecia

SSPA

Taiwán

El túnel grande de la cavitación en la universidad nacional del océano de Taiwán, Keelung, Taiwán

Estados Unidos

El túnel de agua de Garfield Thomas la universidad de estado de Pennsylvania, universidad de estado, PA
El canal grande de la cavitación de Guillermo B. Morgan, Memphis, TN
Túnel de agua variable de la presión del MIT === de Reino Unido del ===
" Túnel de la cavitación de Emerson, " Universidad de Newcastle sobre Tyne . ===South Korea===
Lavabo modelo de nave de Samsung (SSMB), Samsung Heavy Industries, Daejeon, el Sur Corea.

Polonia

Okrętowej S. de Techniki del centro del centro de concepción y de investigación de nave (CTO S.

Canadá

El Consejo de Investigación nacional - instituto para el túnel de la cavitación de la tecnología del océano, St. Johns, Terranova, Canadá

Ver también

El fenómeno conocido como Supercavitation se utiliza para permitir que los objetos viajen debajo del agua en la velocidad.
Propulsor Supercavitating
Sonoluminescence
Número de la cavitación
Ultrasónicos
Corrosión de la erosión de los tubos de cobre del agua

.

Zenithic

Prince Maximilian of Liechtenstein

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