| Journal: | Ingeniería. Investigación y tecnología |
| Database: | PERIÓDICA |
| System number: | 000438748 |
| ISSN: | 1405-7743 |
| Authors: | Cruz Vanegas, Samuel1 |
| Institutions: | 1Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Ingeniería, Ciudad de México. México |
| Year: | 2019 |
| Season: | Jul-Sep |
| Volumen: | 20 |
| Number: | 3 |
| Country: | México |
| Language: | Español |
| Document type: | Artículo |
| Approach: | Experimental, aplicado |
| Spanish abstract | La dinámica del fenómeno de la cavitación es una función principalmente de los números de cavitación, Mach and Reynolds, así como de la fracción volumétrica de gas más vapor disuelta en el líquido y de los factores geométricos del dispositivo cavitante. Actualmente, se usan algunos dispositivos de gran tamaño y complejidad para monitorear, de forma no invasiva, algunas de las variables previamente mencionadas. Sin embargo, son aparatosos, costosos y en algunos casos peligrosos, como la tomografía eléctrica y de rayos X. Una alternativa es el monitoreo de las emisiones acústicas generadas por el fenómeno de la cavitación junto con modelos teóricos simplificados, como los parámetros concentrados, para determinar en forma simple e inmediata algunas de las variables mencionadas. Debido a lo anterior, en este trabajo se estudia a la cavitación en un tubo Venturi como un sistema de segundo orden capaz de generar y amortiguar frecuencias acústicas; usando las ecuaciones de Navier-Stokes para flujos estacionarios bifásico, homogéneos, unidimensionales y barotrópicos. En consecuencia, el coeficiente de frecuencia determinado es una función de las variables mencionadas. Para corroborar el modelo teórico, se implementa un sistema hidrodinámico con válvulas, una bomba y un tubo Venturi. La acústica, así como temperatura y la dinámica del flujo se monitorean usando sensores piezoeléctricos, un termómetro, una cámara de alta velocidad y un manómetro diferencial. De acuerdo con los resultados, la frecuencia es un indicador de los cambios en la fracción volumétrica de gas más vapor disuelto en el líquido y del comportamiento del tubo Venturi como medidor o controlador de caudal. Además, las variables que permiten a los flujos cavitantes propagar ondas de presión son el número de Mach y cavitación. Aunque el presente modelo teórico es consistente con las observaciones experimentales, debe ser modificado para incluir la generaci |
| English abstract | Dynamics of the cavitation phenomenon is mainly function of the cavitation numbers, Mach and Reynolds, as well as of the volumetric fraction of gas plus vapor dissolved into the liquid and the geometric factors of the cavitating device. Currently, some large and complex devices are used to monitor, in a non-invasive way, some of the previously mentioned variables. Nevertheless, they are ostentatious, expensive and in some cases dangerous, such as the electrical and x-ray tomography. One alternative is the monitoring of acoustic emissions generated by the cavitation phenomenon together with simplified theoretical models, such as the lumped parameter models, to determine in a simple and immediate way some of the mentioned variables. Due to the above, in this work, the cavitation into a Venturi tube as a second order system able to generate and damping acoustic frequencies is studied; using the Navier-Stokes equations for biphasic, homogenous, one-dimensional and barotropic flows. Consequently, the frequency coefficient determined is a function of the aforementioned variables. To corroborate the theoretical model, a hydrodynamic system with valves, a pump and a Venturi tube is implemented. The acoustic, as well as the temperature and flow dynamic are monitored using piezoelectric sensors, a thermometer, a high speed camera and a differential manometer. According to the results, the frequency parameter is a change indicator of the volumetric fraction of gas plus vapor dissolved into the liquid and the Venturi tube behavior as a meter or flow controller. Furthermore, the condition that allows cavitating flows to propagate pressure waves are the Mach and cavitation numbers. Even though the present theoretical model is consistent with the experimental observations, it must to be modified to include the generation of pressure waves |
| Disciplines: | Ingeniería |
| Keyword: | Ingeniería hidráulica, Parámetros concentrados, Cavitación hidrodinámica, Flujo bifásico, Tubo Venturi, Volumen |
| Keyword: | Hydraulic engineering, Lumped parameters, Hydrodynamic cavitation, Biphasic flow, Venturi tube, Gas volume |
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