¿Conoces la diferencia entre Flashing y Cavitación?
Publicado: 2 de marzo de 2020
Por: Marc Manich, Responsable de proyectos en AMS Steam Technology
Aunque a menudo estos dos conceptos se discuten juntos, existen diferencias en entre ellos y en como se generan.
La Imagen 1 muestra un obturador en perfecto estado (izquierda) y un obturador que ha sido severamente erosionado debido al flashing (derecha). Apréciese como las superficies dañadas del obturador de la derecha aparecen brillantes y con partes "chamuscadas"; y como la superficie del asiento (la parte del obturador que asienta y permite cerrar el paso del fluido) está completamente dañada.
La Imagen 2 muestra un obturador y una jaula dañadas por cavitación. Apréciese la diferencia de aspecto: se ve mucho más opaco, oscuro y granulado (similar a la piedra pómez).
Estas dos imágenes muestran que, mientras el daño por cavitación se ve muy diferente comparado con el flashing, el resultado es el mismo: perdida del cierre y estanqueidad de la válvula.
PRESIÓN DE PROCESO VS PRESIÓN DE VAPORIZADO (VAPOR PRESSURE)Antes de entrar en materia y detallar las diferencias entre flashing y cavitación, debemos definir cada uno de ellos. Para llegar a ese punto, primero debemos introducir otro concepto: "la presión de vaporizado" o Vapor pressure. La presión de vaporizado de un fluido (PV) es la presión a la cual un liquido empezará el proceso termodinámico de cambio de fase a vapor.
Éste gráfico muestra un diagrama de fases de un fluido de un solo componente, como por ejemplo agua, y representa de forma gráfica la diferencia entre flashing y cavitación.
Un fluido sometido a una temperatura constante y que experimente un cambio de presión puede resultar en una transición de un estado a otro. Cuando la presión de proceso es reducida por debajo de la presión de vaporizado (PV), tendrá lugar la vaporización.
En un proceso industrial, si la presión de proceso se reduce por debajo de PV y no recupera por encima de esta, el fluido permanecerá en fase vapor. Este fenómeno se conoce como flashing.
De forma similar, un fluido sometido a una presión constante y que experimente un cambio de temperatura también puede resultar en un cambio de estado. Si la temperatura del fluido aumenta hasta tal punto donde PV supera la presión local (la cual normalmente suele ser la presión atmosférica), tendrá lugar la vaporización. Este proceso se conoce como evaporación.
En resumen, el flashing ocurre cuando disminuimos la presión manteniendo una temperatura constante y la evaporación ocurre cuando aumentamos la temperatura manteniendo una presión constante.
A continuación veremos porqué ocurre el flashing en los procesos industriales. Cuando un fluido es transportado por un conducto, como por ejemplo una tubería o una manguera de jardín, y éste encuentra una restricción como podría ser una válvula (o nuestro dedo pulgar a la salida de la manguera), el fluido se accelera a una velocidad superior. ¿Por qué ocurre esto? Este fenomeno ocurre porqué, cuando un fluido se encuentra con una sección de paso más reducida, éste se debe accelerar para mantener su continuidad, en otras palabras, para mantener un caudal volumétrico relativamente constante. La ley de Boyle, el principio de Bernoulli y la formula de Euler nos demuestran que la presión en una sección de paso reducida es inferior que en una sección de paso mayor. Este concepto se ve de forma muy clara en la siguiente imagen:
FLASHING
Si la presión de proceso dentro de la válvula cae por debajo de la PV del líquido, lo cual es una condición llamada "vena contracta", occure la evaporación (pequeñas burbujas de vapor se formarán en el líquido). Si la presión aguas abajo de la válvula permanece por debajo de la PV, el proceso se denomina como "flashing service" o flashing, y el fluido en la salida de la válvula se encontrará mayormente en forma de vapor. Cuando un flujo en estado de flashing impacta en los componentes de la válvula, éste puede causar el tipo de daño erosivo que se muestra en la Imagen 1. Esta erosión puede ser servera y puede ocurrir incluso en fluidos que no contengan solidos abrasivos.
Si la presión de proceso dentro de la válvula cae por debajo de la PV del líquido, lo cual es una condición llamada "vena contracta", occure la evaporación (pequeñas burbujas de vapor se formarán en el líquido). Si la presión aguas abajo de la válvula permanece por debajo de la PV, el proceso se denomina como "flashing service" o flashing, y el fluido en la salida de la válvula se encontrará mayormente en forma de vapor. Cuando un flujo en estado de flashing impacta en los componentes de la válvula, éste puede causar el tipo de daño erosivo que se muestra en la Imagen 1. Esta erosión puede ser servera y puede ocurrir incluso en fluidos que no contengan solidos abrasivos.
Este gráfico muestra un ejemplo donde ocurre flashing, por ejemplo cuando utilizamos una parrilla de gas licuado propano (LPG / GLP). A temperaturas por debajo de los -42ºC, la PV del propano es superior a la presión atmosférica. No obstante, el tanque que contiene el GLP normalmente suele estar presurizado por encima de 0,7barg (10psi) para que el propano permanezca en estado líquido. Cuando el GLP sale del tanque y pasa por la válvula reductora de presión, la presión del fluido (presión de proceso) se reduce por debajo de su PV, causando que el fluido cambie su estado completamente a gaseoso.
CAVITACIÓN
Este gráfico muestra el comportamento de un fluido siendo transportado por un circuito cerrado. Como podemos observar, cuando la PV del fluido se encuentra por debajo de la presión del proceso, por encima de la vena contracta y por debajo de la presión de salida, se pueden formar burbujas de vapor. Una vez la presión aumenta de nuevo, esas burbujas estallarán formando cavitación. Estas implosiones de las burbujas crean unos "micro-chorros" de fluido que pueden impactar en los diferentes componentes de la válvula a velocidades muy elevadas y también son capaces de crear ondas de choque de hasta 100,00 psi.
Esta imagen muesta una simple burbuja de vapor colapsando cuando la presión del fluido que la rodea empieza a recuperar por encima de la PV.
Cuando las ondas de choque de estas burbujas implosionan e impactan sobre la superficie de los componentes de la válvula, estos tienden a endurecerse y a fatigarse. A medida que las superficies se vuelven más frágiles y menos resistentes a la fractura local, también estan expuestas a "micro-chorros" de líquido los cuales provocan un desgaste del material con el paso del tiempo. Este fenómeno crea la aparición de gránulos en exceso, señal muy característica de la cavitación.
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5 de marzo de 2020
Pues si, el dimensionamiento es importante.
Desafortunadamente si se encuentra esos daños ya se hizo y un rediseñado sale caro.
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4 de marzo de 2020
Estimado Marc Manich,
Me gustó mucho esta explicación, en especial los gráficos que explican lo que pasa cuando se forma el "flashing". En especial me gustan los gráficos que ilustran perfectamente lo que pasa en ambos casos - flashing y cavitación.
Quisiera agregarle para la comunidad que el proceso del "flashing" se utiliza en la industria metal-mecánica para cortar acero. Ahí se utiliza agua a altísimas presiones para cortar planchas de acero.
Creo que su contribución es muy importante sobre todo para el mantenimiento de las redes tanto de líquidos como del vapor. Los gerentes de mantenimiento deben ser conscientes de la probabilidad de daños en las válvulas de control de caudal o reductores de presión.
En el vapor "sucio" (no saturado) se carga gotitas de agua que llegan a evaporarse espontáneamente al reducir la presión lo que tarde o temprano destruye las válvulas.
Atentamente,
Bernardo R. Brammertz
Ing. Mecánico
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R & D Equipment Co
5 de marzo de 2020
HOLA AMIGOS FORISTAS, PROCESADORES Y PROVEEDORES DE MAQUINARIA Y PLANTAS COMPLETAS PARA LAS VARIAS INDUSTRIAS QUE SERVIMOS Y MI COMENTARIO ES MUY BREVE PERO MUY CIERTO;
"LO BARATO SALE CARO Y EL QUE COMPRA BARATO COMPRA CADA RATO"
DESGRACIADAMENTE AL EVALUAR Y HACER LOS COMPARATIVOS DE COSTOS PARA MUCHOS PROYECTOS EL CRITERIO BÁSICO PRINCIPAL "ES EL COSTO TOTAL DEL PAQUETE" Y EN MUCHOS MAS CASOS DE LOS QUE QUIERO MENCIONAR, EL CLIENTE COMPRA Y LOS RESULTADOS SON QUE MUCHOS EQUIPOS Y SUS ELEMENTOS BÁSICOS SON JUSTO A LA MEDIDA CON POCO O NADA DE MARGEN DE SEGURIDAD Y CUALQUIER CAMBIO EN CONDICIONES DE TRABAJO CAUSAN ESTRAGOS.
GRACIAS POR SU ATENCIÓN Y RECORDEMOS HAY AHORROS REALES Y EN OTRAS OCASIONES SON FALSOS.
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