UNSA

1. Guía de prácticas/Análisis de Fallas/2017 - Nº 5 Ing. Juan Manuel Jara Gonzales
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN
FACULTAD DE INGENIERÍA PROCESOS
Escuela Profesional de Ingeniería Metalúrgica
Guía de Practicas
Análisis de Fallas
Practica Nº 5
FFaallllaass ppoorr CCaavviittaacciióónn
2017

2. Guía de prácticas/Análisis de Fallas/2017 - Nº 5 Ing. Juan Manuel Jara Gonzales
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Fallas por Cavitación
1. Objetivos:
Conocer y evaluar las fallas ocasionadas por el fenómeno físico de cavitación que
generalmente se estudian en bombas y tuberías de transporte de fluidos.
2. Introducción:
La Cavitación
Es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido pasa a
gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido. Puede
ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo
componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más
correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e
implotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose»
bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la
superficie en la que origina este fenómeno.
Foto N° 1 Idealización del fenómeno de Cavitación
Es un proceso físico que es muy parecido al de la ebullición, la diferencia es que la
cavitación es causada por una caída de la presión local por debajo de la presión de vapor
mientras que la ebullición lo hace por encima de la presión ambiente local.
Problemas de la Cavitación en la Ingeniería
Uno de los cuidados que debe tener un ingeniero al seleccionar, las parte de una estación de
bombeo, es la cavitación, este fenómeno producido normalmente en las salidas de los alabes
del rotor de una bomba y en las paredes de la tubería es desfavorable, debido a que causa
daños y aumenta el costo de mantenimiento.
En la ingeniería naval se estudia el fenómeno, para el diseño de todo tipo de barcos debido
a que acorta la vida útil de algunas partes tales como las hélices y los timones.
En los submarinos, este efecto es todavía más estudiado, evitado e indeseado, puesto que
imposibilita a estos navíos de guerra mantener sus características operativas de silencio e
indetectabilidad por las vibraciones y ruidos que la cavitación provoca en el casco y las
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FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA

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hélices. El colapso de las cavidades supone la presencia de gran cantidad de energía que
puede causar enorme daño.
La cavitación puede dañar casi cualquier material. Las picaduras causadas por el colapso
de las cavidades producen un enorme desgaste en los diferentes componentes y pueden
acortar enormemente la vida de la bomba o hélice.
La creación y posterior colapso de las burbujas crea fricción y turbulencias en el líquido.
Esto contribuye a una pérdida adicional de rendimiento en los dispositivos sometidos a
cavitación.
Foto N° 2 Desprendimiento de material por efectos de cavitación
La cavitación se presenta también en el fondo de los ríos donde se genera a partir de
irregularidades del lecho disociando el agua y el aire. Ambos son sometidos a presiones,
dando lugar, este último, a burbujas que, con la fuerza del agua, se descomponen en
tamaños microscópicos, saliendo disparadas a gran velocidad. Esto provoca un fuerte
impacto en el lecho que puede ser de hasta 60 t/m². Su importancia radica en la constancia
y repetición del fenómeno, lo que favorece su actuación. La cavitación es un proceso erosivo
frecuente en los pilares de los puentes.
Efectos de la cavitación
Como ya se ha mencionado la cavitación ocurre en las bombas, aunque también sucede en
los ductos sobre todo donde se encuentran reducciones seguidas de ampliaciones bruscas,
(tubos venturi) estos efectos se pueden transmitir a las demás partes del equipo de bombeo
reduciendo la eficiencia y pudiendo causar serios daños como la corrosión de partículas de
metal (pitting)
Cuando las burbujas de vapor se implotan se produce una especie de martilleo lo que
produce un deterioro en las paredes de la carcaza, de las palas del impulsor el cual el daño
esta en función de la proximidad en que se encuentran estas implosiones.
Los efectos que tiene sobre la maquinaria de bombeo son:
Efecto mecánico: Con las implosiones se decrecen los diámetros de las burbujas, las
partículas en estado liquido se aceleran y se desplazan hacia el centro de estas burbujas

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chocando entre si, estos choques provocan sobrepesiones (golpe de ariete) que se propagan
en todas las direcciones afectando principalmente a las ranuras de las superficies metálicas
por lo que en muy poco tiempo pueden ocasionar daños a la estructura de la maquina
(rotor).
Los golpeteos los cuales al ser muy fuertes dan la impresión que la bomba acarrea grava
causan un desequilibrio en la maquina dañando las uniones de los tubos con esta, así como
aflojan las partes que la sostienen. Además los martilleos en ocasiones son tan fuertes que
producen ruidos los cuales pueden ser molestos durante la operación de la bomba.
Efecto químico: Con la implotación de las burbujas se liberan iones de oxigeno que como
sabemos atacan las superficies de los metales.
Naturaleza de la cavitación
Actualmente se sabe que la cavitación es debida principalmente a la acción mecánica de
impactos rápidos, a manera de explosiones de las partículas de líquido, aunque no se
descarta la posibilidad de acción química corrosiva, cuya naturaleza no se ha llegado a
dilucidar por completo.
Los impactos que se generan son periódicos, es decir, se produce un fenómeno vibratorio
que aumenta la erosión del material por fatiga.
Foto N° 3 Fenómeno de la Implosión que origina la cavitación
Descripción del fenómeno
La cavitación se produce siempre que la presión en algún punto o zona de la corriente de un
líquido desciende por debajo de un cierto valor mínimo admisible. Esta baja que sufre la
presión es debida a los efectos dinámicos de un líquido al escurrir, siguiendo fronteras
curvas o alrededor de cuerpos sumergidos.
El fenómeno consiste en un cambio rápido y explosivo de fase líquida a vapor. Si el líquido
fluye a través de una región donde la presión es menor que su presión de vapor, éste hierve
y forma burbujas. Estas burbujas son transportadas por el líquido hasta llegar a una región
de mayor presión, donde el vapor regresa al estado líquido de manera súbita aplastándose
bruscamente las burbujas. Este fenómeno se llama cavitación
Supercavitacion
Propulsar un cuerpo bajo el agua necesita gran cantidad de energía. Desplazándose
rápidamente aún consume más energía pues la resistencia al avance del agua contra una
superficie sumergida aumenta con la velocidad.

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Los ingenieros navales constantemente tratan de mejorar los cascos de los barcos con el
objetivo de minimizar la fricción del agua.
Los científicos han hallado una nueva forma de evitar la resistencia al avance del agua, lo
que permite desplazarse a alta velocidad. La idea es minimizar la superficie húmeda del
cuerpo en movimiento encerrándolo en una burbuja de gas de baja densidad.
La supercavitación es la versión extrema de la cavitación en la que se forma una única
burbuja de manera que envuelve el objeto en desplazamiento casi por completo.
El asunto es que la resistencia general se reduce enormemente una vez que se alcanza un
régimen de supercavitación, y luego aumenta linealmente con la velocidad (y no
geométricamente). Mucha de la teoría todavía no está en papel, ya que se trata de cálculos
muy complicados.
Foto N° 4 La supercavitación es la versión extrema de la cavitación
Cavitación de succión
La cavitación de succión ocurre cuando la succión de la bomba se encuentra en unas
condiciones de baja presión/alto vacío que hace que el líquido se transforme en vapor a la
entrada del rodete. Este vapor es transportado hasta la zona de descarga de la bomba
donde el vacío desaparece y el vapor del líquido es de nuevo comprimido debido a la presión
de descarga. Se produce en ese momento una violenta implosión sobre la superficie del
rodete. Un rodete que ha trabajado bajo condiciones de cavitación de succión presenta
grandes cavidades producidas por los trozos de material arrancados por el fenómeno, esto
origina el fallo prematuro de la bomba.
Foto N° 5 Áreas de cavitación en Impulsores
Cavitación de descarga

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La cavitación de descarga sucede cuando la descarga de la bomba está muy alta. Esto
ocurre normalmente en una bomba que está funcionando a menos del 10% de su punto de
eficiencia óptima. La elevada presión de descarga provoca que la mayor parte del fluido
circule por dentro de la bomba en vez de salir por la zona de descarga, a este fenómeno se
le conoce como "slippage". A medida que el líquido fluye alrededor del rodete debe de pasar
a una velocidad muy elevada a través de una pequeña apertura entre el rodete y el tajamar
de la bomba. Esta velocidad provoca el vacío en el tajamar (fenómeno similar al que ocurre
en un venturi) lo que provoca que el líquido se transforme en vapor. Una bomba
funcionando bajo estas condiciones muestra un desgaste prematuro del rodete, tajamar y
álabes. Además y debido a la alta presión de funcionamiento es de esperar un fallo
prematuro de las juntas de estanqueidad y rodamientos de la bomba. Bajo condiciones
extremas puede llegar a romperse el eje del rodete.
Foto N° 6 Fenómeno se le conoce como "slippage".
3. Materiales
A. Válvula de Compuerta
B. Trapo industrial
C. Otro complementario
D. Lupa
E. Alcohol
4. Equipos:
1. Microscopio Metalográfico
2. Cepillo de limpieza
3. Marcador indeleble
4. Pinza
5. Luna de vidrio
6. Alicate
5. EPPS:
1. Lentes de seguridad
2. Guardapolvo y/o
mameluco
3. Guantes de jebe
4. Zapatos de seguridad
Equipos de apoyo:
a. Cámara fotográfica
b. Filmadora
6. Procedimiento:
a) Conforme su grupo de trabajo de cinco estudiantes, y analice la falla por cavitación de
la válvula de compuerta. Aplique sus conocimientos y señale con un marcador donde se
sitúa la mayor falla por cavitación y explique por qué se ha producido un desgaste
selectivo y llene el formato adjunto.

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Nro
Fecha:
INSPECCION DEL TIPO DE CORROSION
TIPOS DE CORROSION DETALLE SEVERIDAD SUSTRATO
PRESENCIA DE
HERRUMBRE
OBSERVACIONES
Mecanismo de reacción
Morfología del ataque
Acción conjunta corrosión
Medio agresivo
Sector industrial / Servicios
ASPECTO FISICO ( Dibuje un aspecto representativo del area corroida)
Mecanismo de
reacción
AREA FISICA AFECTADA ( Mida el area afectada por corrosion e indique el porcentaje )
Parte fisica afectada
RECUBRIMIENTO PARA REPARACION
Producto Tipo de producto Preparacion de
superficie
Duracion
RESUMEN FINAL DE LA INSPECCION
Nombres:
CUI:
FORMATO DE INSPECCION ANALISIS DE FALLAS - U N S A /CPM 2017
OBSERVACIONES
OBSERVACIONES
OBSERVACIONES
JMJG/Corrosion Laboratorio/2017

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7. Cuestionario
a) Indique por que el desgaste por cavitación en la válvula tipo bola es puntual y no ha
afectado otras zonas.
b) Fundamente por que la textura de la zona dañada por cavitación es porosa.
c) Los sólidos en suspensión en el fluido afecta al desgaste por cavitación. Fundamente.
d) ¿Cuál es la diferencia entre la cavitación en un fluido y en un gas?
e) La presión de fluido afecta el desgaste por cavitación.
f) Sugerencias.
Bibliografía.
[1] Open Course Ware, Universidad de Sevilla ocwus.us.es
[2] Real Academia Española www.rae.es
[3] P. J. Pritchard, “Fox and McDonald‟s Introduction to Fluid Mechanics”, 8th
Edition, Wiley, 2011 (896 pp).
[4] Purdue University, Chemical Education Division Groups chemed.chem.purdue.edu/
[5] GRUNDFOS, “The Centrifugal Pump” (First edition).
[6] KSB Aktiengesellschaft, “Selecting Centrifugal Pumps”, 4th edition (2005).
[7] THOMSEN Pump Curves, ALARD Equipment Corporation. www.alard-equipment.com/
[8] WORLD PUMPS, July/August 2011, “Centrifugal pumps: avoiding cavitation”.
[9] American Society of Plumbing Engineers (ASPE), “Pumps and Pump Systems” (1983).
4. Anexos
Llave de compuerta tipo Bola

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Textura de la falla por cavitación
Cavitación puntual en llave-extensión

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Efecto de las implosiones