DESGASTE DE MATERIALES INTRODUCIÓN El desgaste es ...

MECANISMOS DE DA—O
Rayleigh mostrÛ la posibilidad del surgimiento de elevadas presiones y velocidades debido al colapso de burbujas. En su
trabajo utilizÛ un balance de energÌa para mostrar la posibilidad de surgimiento de altas presiones originadas en el colapso
de las burbujas.
De las suposiciones propuestas por Rayleigh, la que m·s influye es aquella donde afirma que la presiÛn interna puede ser
despreciada. En realidad siempre existir· una cierta cantidad de aire o gases disueltos en el lÌquido, y en el interior de la
burbuja siempre existir· vapor debido a su propia nucleaciÛn. Por otro lado la presiÛn en el interior de la micro-burbuja no
puede ser despreciada. Parte de la energÌa de colapso es utilizada para comprimir los gases o vapores en el interior de la
burbuja, los cuales alcanzan presiones y temperaturas muy altas. Las consecuencias de este hecho se pueden entender mejor
de la siguiente forma. Durante el colapso, ocurre flujo de fluido en direcciÛn a la burbuja, provocando aumento de presiÛn
en la interface burbuja/lÌquido y acelerando cada vez m·s la interface. El colapso se da de manera tan r·pida que parte del
vapor presente en la burbuja no tiene tiempo suficiente de condensarse. AsÌ, el vapor (y tambiÈn cualquier gas disuelto) ser·
comprimido a una alta presiÛn que, eventualmente, ser· suficientemente alta para interrumpir el colapso y hacer con que la
burbuja crezca nuevamente de forma explosiva, emitiendo ondas de presiÛn o de choque, conforme se esquematiza en la
Figura 11
Figura 11: RepresentaciÛn esquem·tica del fenÛmeno de nucleaciÛn y colapso de micro-burbujas y la emissiÛn de ondas de
choque
Las ondas de presiÛn emitidas durante el crecimiento explosivo de las burbujas son las responsables por el daÒo del
material. Estas ondas de choque que generan elevadÌsimas presiones, son capaces de alcanzar valores del orden de GPa y
act˙an en un intervalo de tiempo muy curto sometiendo al material a una tasa de deformaciÛn muy alta.
Este mecanismo continuarÌa indefinidamente sino existieran mecanismos de disipaciÛn de energÌa. La disipaciÛn de energÌa
ocurre en virtud de la viscosidad del fluido, que de manera general, puede ser considerado como un factor de
amortiguamiento, transformando la energÌa mec·nica del colapso en energÌa tÈrmica. La viscosidad tambiÈn reduce la tasa
de crecimiento o colapso de las micro-burbujas, reduciendo con esto el daÒo potencial. La compresibilidad del lÌquido tiene
gran influencia en la formaciÛn de las ondas de choque y en la fase siguiente al colapso: la compresibilidad del fluido causa
una atenuaciÛn de las ondas de choque emitidas y diminuye el daÒo total provocado.
Para que las ondas de choque puedan provocar daÒo a un material, es necesario que el colapso ocurra muy prÛximo a las
superficies sÛlidas. Pero cuando el colapso ocurre prÛximo a una superficie sÛlida esta altera el flujo y da origen a un
segundo mecanismo de daÒo posible: los micro chorros.
Cuando el colapso de la burbuja ocurre prÛximo a una superficie sÛlida, el flujo en la regiÛn entre esta y la burbuja es
restringido. AsÌ la velocidad de contracciÛn de la burbuja en esa regiÛn es menor que en las regiones de la burbuja m·s
distantes de la superficie sÛlida. Esa diferencia de velocidad de contracciÛn, provoca una asimetrÌa de colapso, esto explica
porque las micro-burbujas no presentan una forma esfÈrica. El comportamiento de pÈrdida de esfericidad de las burbujas es
presentado en la Figura 12.
Con la continuaciÛn del colapso, hay una aceleraciÛn de la burbuja y por consiguiente la formaciÛn de un micro chorro,
siendo este otro mecanismo de daÒo posible adem·s de las ondas de presiÛn.
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