La cavitazione è un fenomeno che riguarda generalmente gli impianti e in particolare macchine idrauliche come le pompe e si verifica quando la pressione all’interno del circuito eguaglia o scende al di sotto della pressione di vapore del fluido spostato.
IN CHE COSA CONSISTE IL FENOMENO DELLA CAVITAZIONE?
Il fenomeno della cavitazione è una istantanea vaporizzazione del fluido, localizzata principalmente nelle zone in cui la pressione assoluta risulta molto bassa, seguita da una rapida ri-condensazione.
Le bolle che vengono a crearsi, nel momento in cui collassano, creano microgetti a pressioni elevate con conseguente erosione delle parti meccaniche colpite.
Le zone maggiormente colpite sono quelle di contatto tra il fluido e le superfici solide delle pompe (girante e corpo) o nelle zone in cui il fluido è a contatto con piccole particelle in sospensione nello stesso e si manifesta con sensibili schiocchi e vibrazioni.
I DANNI CAUSATI DALLA CAVITAZIONE
Nella pratica la cavitazione comporta una serie di danni a cascata:
- Erosione delle parti meccaniche a contatto diretto con il fluido
- Diminuzione del rendimento, dovuto ai vortici che vengono a crearsi a causa dell’irregolarità della superficie
- Vibrazioni eccessive causate dallo sbilanciamento del peso e dall’alta velocità di rotazione della girante
- Diminuzione della vita utile della pompa/circuito dovuto all’usura prematura degli organi meccanici (es. cuscinetti, tenute,…)
- Rottura
PREVENZIONE DELLA CAVITAZIONE DI UNA POMPA
Tale fenomeno è dovuto alla presenza di alcune situazioni di seguito elencate:
- Alta prevalenza
- Ingenti perdite di carico nel tratto in ingresso della pompa
- Differenza di quota tra pompa e pelo libero del fluido
- Alto valore della tensione di vapore del liquido (il quale aumenta con la temperatura)
È possibile utilizzare uno strumento matematico per ridurre il rischio di cavitazione.
Introduciamo l’NPSH o Net Positive Suction Head, normalmente espresso in metri.
Bisogna distinguere questo strumento in due componenti:
- NPSHa (available) ovvero l’energia che il fluido possiede in ingresso al condotto di aspirazione sottratto dell’energia relativa alla pressione di vapore del fluido in questione
- NPSHr (required) ovvero l’energia che il fluido perde lungo la condotta di aspirazione, fino ad arrivare all’interno della pompa (Generalmente l’NPSHr viene calcolato sperimentalmente ed è fornito dal costruttore di pompe)
Con:
- Ci velocità del flusso nella sezione i
- Pi pressione del fluido nella sezione i
- Ps pressione di vapore del fluido alla temperatura di processo
- W1 velocità relativa del fluido in ingresso alla girante
- Λ coefficiente di perdita
- Δpc perdite di carico lungo la tubazione in aspirazione
La cavitazione viene evitata, quando NPSHa > NPSHr.
È buon uso in impiantistica, ricorrere anche ad altri stratagemmi per evitare la cavitazione:
- Utilizzo di pompe in serie
- Posizionare la pompa nelle vicinanze del serbatoio di aspirazione e sotto il livello del fluido
- Ridurre la lunghezza del tratto di aspirazione e quindi delle perdite di carico
- Ridurre velocità della girante e/o la portata
- Operare ad una temperatura non troppo elevata per abbassare la pressione di vapore
- Diminuire la velocità di ingresso del fluido nella pompa, utilizzando un diametro più grosso in aspirazione
CONCLUSIONI
È quindi necessario in fase di progettazione dell’impianto, tener conto di questo fenomeno e delle sue possibili conseguenze sulle diverse apparecchiature.
