Número de cavitación

Existen tres números adimensionales que pueden denominarse número de cavitación en diversos escenarios: el número de cavitación para la cavitación hidrodinámica , el número de Thoma para la cavitación en bombas y el número de Garcia-Atance para la cavitación ultrasónica (llamado así en honor a Gonzalo Garcia-Atance Fatjo).

El número de cavitación ( Ca ) se puede utilizar para predecir la cavitación hidrodinámica. Tiene una estructura similar a la del número de Euler , pero un significado y uso diferentes:

El número de cavitación expresa la relación entre la diferencia de una presión absoluta local con respecto a la presión de vapor y la energía cinética por volumen, y se utiliza para caracterizar el potencial del flujo para cavitar .

Se define como ^{[ 1 ]}

$${\displaystyle \mathrm {Ca} ={\frac {p-p_{\mathrm {v} }}{{\frac {1}{2}}\rho v^{2}}}}$$

dónde

• ${\displaystyle \rho }$es la densidad del fluido.
• ${\displaystyle p}$es la presión local.
• ${\displaystyle p_{\mathrm {v} }}$es la presión de vapor del fluido.
• ${\displaystyle v}$es una velocidad característica del flujo.

El número de cavitación es uno de los métodos principales para caracterizar la cavitación en un sistema fluido. Un número de cavitación bajo indica una mayor probabilidad de cavitación, mientras que un número de cavitación alto indica la ausencia de cavitación.

En un conducto, tubería o restricción, a medida que aumenta la presión aguas arriba, también lo hace la velocidad del fluido de trabajo. Sin embargo, es importante destacar que el incremento del cuadrado de la velocidad supera ampliamente el del incremento de la presión. Por consiguiente, el número de cavitación muestra una tendencia decreciente al aumentar la presión aguas arriba, situación en la que el sistema se aproxima a la cavitación.

El inicio de la cavitación se produce cuando aparecen las primeras burbujas cavitantes en el sistema, lo que marca el número de cavitación inicial. Este valor representa el número de cavitación más alto observado en el sistema en presencia de cavitación. Los investigadores suelen intentar registrar el inicio de la cavitación a presiones aguas arriba relativamente bajas, sobre todo cuando buscan aplicaciones no destructivas de este fenómeno.

A medida que avanza el flujo cavitante, el número de cavitación disminuye progresivamente hasta que el sistema alcanza el punto de supercavitación , caracterizado por la máxima velocidad y caudal posibles. Un menor número de cavitación indica un flujo cavitante más intenso.

Tras la supercavitación, el sistema alcanza su límite de manejo de fluidos, incluso cuando la presión aguas arriba continúa aumentando. En consecuencia, el número de cavitación medido inicia una trayectoria ascendente. Esta tendencia es una observación recurrente en numerosos artículos publicados en la literatura. ^{[ 2 ]}

El número de Thoma (${\displaystyle \sigma }$) es una magnitud adimensional que puede utilizarse para predecir la cavitación en la succión de una bomba. Recibe su nombre del ingeniero alemán Dieter Thoma (1881–1942). ^{[ 3 ]} Se define como ^{[ 4 ]}

$${\displaystyle \sigma ={\frac {\mathrm {NPSH} }{h_{\text{bomba}}}}}$$ Dónde${\displaystyle \mathrm {NPSH} }$es la altura de succión positiva neta y${\displaystyle h_{\text{bomba}}}$es la altura hidráulica desarrollada por la bomba. El fluido cavitará en la succión de la bomba si el número de Thoma es menor que el parámetro de cavitación crítico o el número de Thoma crítico definido como $${\displaystyle \sigma _{\mathrm {c} }={\frac {\mathrm {NPSHR} }{h_{\text{bomba}}}}}$$ Dónde${\displaystyle \mathrm {NPSHR} }$es la altura neta de aspiración positiva necesaria para evitar la cavitación. Es un parámetro que se determina experimentalmente para cada modelo de bomba.

• Número de Euler para caracterizar una caída de presión local causada por una restricción en un flujo, de forma similar al número de cavitación.