Estimada comunidad de LinkedIn,
El día de hoy quiero compartir con ustedes un tema clave en el mundo de la ingeniería naval: cavitación en hélices. Este fenómeno puede llegar a generar un impacto significativo en la eficiencia y durabilidad de estos dispositivos mecánicos. A lo largo del presente artículo, exploraré cómo se produce la cavitación, los conceptos asociados y la importancia de un diseño óptimo de una hélice.
La mayoría de ocasiones en que nos topamos con el fenómeno de cavitación, lo asociamos con la implosión de burbujas de vapor; sin embargo, ¿es esa toda la información que nos permite entender el desarrollo de este fenómeno? Evidentemente, no es suficiente. Para comprender realmente la cavitación y su impacto, es necesario abordar los conceptos físicos que la describen. A continuación, describiré de manera clara y concisa estos conceptos, para que podamos tener una visión más completa y precisa de este fascinante fenómeno.
La formación de burbujas de vapor son causadas por la presencia de altas velocidades de fluido (v) y presiones estáticas menores (P) que la presión de vapor del líquido. Este comportamiento se describe por la Ley de Bernoulli, la cual nos demuestra que, al acontecer un incremento de la velocidad, el valor de la presión estática disminuirá para permanecer constante el valor de energía.
Ahora que ya hemos observado cómo se generan las bajas presiones que permiten la formación de burbujas de vapor, ¿Cómo se colapsan estas burbujas? Cuando estas burbujas son transportadas por el movimiento del flujo hacia zonas de mayor presión con respecto a la presión de vapor del líquido, se rompen por su zona más débil originando vacíos a través de los cuales fluyen microchorros del fluido a una elevada velocidad, los cuales permanecen fluyendo en el líquido hasta impactar con una estructura.
Para graficar dicho fenómeno en una hélice, se emplea la Figura 3, donde se pueden identificar la región 1 (cara anterior de la hélice), la cual es la región de altas presiones al estar en contacto directo con el flujo, y la región 2 (cara posterior de la hélice), que corresponde a la región de bajas presiones. En las regiones de bajas presiones, se llevará a cabo la formación de burbujas de vapor, las cuales colapsarán cuando ingresen en las regiones de mayor presión en relación con la presión de vapor del líquido.
En conclusión, a raíz de lo expuesto en este artículo, el diseño óptimo del diámetro y paso de una hélice es de vital importancia. Una hélice incorrectamente dimensionada para el motor y caja reductora seleccionados, puede llevar a una sobre-revolución del motor, lo que provocaría que la hélice rote a una velocidad excesiva, acelerando la aparición y desarrollo de la cavitación. Por esta razón, en Industrias Pangea contamos con herramientas especializadas para realizar un diseño eficiente, minimizando riesgos y utilizando materiales con aleaciones que ofrecen una resistencia estructural superior a las picaduras discretas y a la corrosión.
Bibliografía:
IET Institute for Energy Technology. (2016). Cavitation [Video]. Disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=U-uUYCFDTrc