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Autor: José maría Pedroni
Ing. Senior de Ingenería Bernoulli S.A.

cavitacion, velocidad del Sonido

y ondaS de choQue eN uN MedIO

SeMICONTINuO líquIdO-gAS

la cavitación en una bomba centrífuga o en un eductor es la eva- Cuando se plantean las ecuaciones de estado, continuidad, cantidad
poración parcial de un líquido cuando se lo aspira, fenómeno muy de movimiento y energía, aparecen dos soluciones: la trivial, donde
perjudicial que se trata de evitar, normalmente, colocando la bomba o todo sigue igual y otra donde sube bruscamente la presión y baja la
el eductor varios metros por debajo del tanque donde se aspira, para velocidad, mediante un shock transversal. el estado del fluido des-
compensar la depresión que necesita la bomba para aspirar el líquido pués del shock tiene más entropía que el correspondiente a la solu-
y a esta depresión se la denomina altura neta positiva de aspiración ción trivial, por lo cual, según el segundo principio de la termodiná-
(ANPA). ¿Porqué "neta"?, simplemente, porque a la altura geodésica, mica, necesariamente se producirá el shock. esto es similar a lo que
hay que restarle la equivalente a la pérdida de carga más la de la ocurre con un gas a velocidad supersónica, que solo puede pasar a
tensión de vapor a la temperatura de aspiración. régimen subsónico mediante a una onda de choque, como ocurre en
los eyectores y túneles de viento. durante el shock, se produce una
Pero en los reactores de transesterificación de aceite-metanol, para fuerte compresión, de manera irreversible, si es suficientemente alto
fabricar biodiesel, la cavitación se utiliza para crear una mezcla líqui- el número de mach, definido como la relación entre la velocidad local
do-vapor, expandiendo el líquido, mezcla de aceite y metanol, a unos y la del sonido, para lograrlo se necesita que el diámetro del tronco
60 °C, por medio de una tobera múltiple a una presión menor que de mezcla sea suficientemente menor que el diámetro del caño de
la de saturación del metanol a 60 °C, debido a ello, se produce un entrada. después del shock, la mezcla no se desacelera totalmente,
flash (una evaporación instantánea) hasta las nuevas condiciones de aún mantiene cierta velocidad, que es mayor que la habitual en cañe-
equilibrio reinantes en el líquido expandido. la evaporación es una ría, por lo cual, se dispone un difusor donde se termina de recuperar
transformación del calor sensible contenido en el líquido a presión, la presión, pero ahora de forma reversible.
en calor latente. la cantidad de vapor que se produce depende de
la diferencia entre la temperatura de entrada del líquido a la tobera el circuito, es una bomba que aspira del reactor, a la salida de la
y la temperatura en la cámara de mezcla, después de la expansión. cual se coloca el cavitador y la mezcla que sale se vuelve al reactor,
Regulando la presión de salida de la tobera es posible variar la tem- usando la compresión que se genera en la onda de choque y el difu-
peratura de saturación. Cuanto mayor es la diferencia entre esas dos sor. es una simple recirculación. Hay diferencias en las condiciones
temperaturas o su equivalente de presión, mayor es el calor sensible operativas del cavitador, pero siempre la cavitación es un medio para
cedido y mayor la cantidad de vapor producido. generar vapor.

la mezcla de líquido y vapor o líquido y gas tiene la propiedad de el shock es un fenómeno de gran turbulencia, donde se forman
ser un medio acústicamente aislante, cuando el gas está disperso innumerables microburbujas, la mezcla sume un aspecto lechoso y
en pequeñas burbujas. en ese medio, la velocidad del sonido es muy la superficie de la interfase líquido-gas aumenta muchísimo. Ambos
baja, entre 25 y 30 m/s, por lo cual, si la diferencia de presiones fenómenos, gran turbulencia y formación de una masa de microbur-
aguas arriba y abajo de la multi-tobera es suficiente, la mezcla líqui- bujas de gran superficie, aceleran la transferencia de masa y la velo-
do gas asume velocidades supersónicas. cidad de reacción.

Figura 1 - Cavitador supersónico

Tobera Tronco de mezcla Difusor

214 A&G 111 • Tomo XXVIII • Vol. 2 • (2018)