La prossima volta che ti ritrovi a galleggiare sul petto in profondità nell'acqua, prova questa piccola dimostrazione di cavitazione in azione mentre aspetti che tutti smettano di ridere e ti tirino fuori dall'acqua.
Tieni il palmo della mano in verticale e passalo rapidamente avanti e indietro nell'acqua. Vedrai un flusso di bolle formarsi di fronte alla direzione del viaggio.
Queste bolle sono ciò che si chiama cavitazione. Nel caso di barche e navi, la cavitazione si riferisce a una tasca, o cavità, dell'aria che si forma sul retro di un'elica o di una pala della girante.
Che cos'è la cavitazione? Quali sono le sue cause?
La definizione più semplice di cavitazione è; un'azione che provoca la formazione di un vuoto a causa della pressione più bassa.
Come dice la definizione sopra, la condizione di cavitazione è causata da una situazione di bassa pressione. Quando hai spostato la tua mano avanti e indietro attraverso l'acqua, hai fatto cadere la pressione dietro la tua mano. Ecco dove si sono formate le bolle. Un puntello con troppo
intonazione o una velocità eccessiva dell'albero provocherà la formazione di tasche sul lato posteriore delle lame o anche sulle punte.Il motivo per cui si formano questi vuoti è l'ebollizione del liquido. Questo non bolle dal calore, ma bolle dal vuoto.
Gli esperti di fisica ci dicono che un liquido bolle se riscaldato a una certa temperatura o se la pressione del liquido viene ridotta. Nel caso della cavitazione, la ragione è la pressione più bassa.
Questa tecnica di ebollizione a freddo è buona per molti usi industriali, ma non è richiesta nei pressi di eliche o giranti della pompa. Le bolle che collassano sono riempite con vapore acqueo a bassissima pressione e quando collassano si danneggiano molte superfici.
La cavitazione è un freno all'efficienza a causa della maggiore frizione. Le bolle si attaccano alle superfici e aumentano sostanzialmente lo spessore delle pale dell'elica e per aumentare o mantenere la velocità è necessaria maggiore potenza.
Ancora peggio, la cavitazione può causare vibrazioni a causa di carichi irregolari dell'elica e danni o rotture dell'attrezzatura. Ancor peggio del danno da vibrazione è la corrosione.
La vaiolatura si verifica quando le bolle collassano e tutte le forze sono focalizzate su un piccolo punto sulla superficie della lama. I danni causati dalle vibrazioni sono molto evidenti e generalmente prevenibili con modifiche allo stile operativo. I danni da corrosione possono verificarsi a un livello molto sottile e la maggior parte dei componenti interessati non sono visibili nelle operazioni quotidiane.
Un aumento di potenza causato da un regolatore mal regolato può essere sufficiente per iniziare una cavitazione minore vicino alle punte dell'elica e probabilmente non verrebbe notato dalla maggior parte degli equipaggi. Solo alla fuoriuscita si noterebbero i danni ai componenti della trasmissione. La vaiolatura aumenta la superficie che causa corrosione e pochi anti impronta i rivestimenti possono resistere alle forze del collasso di bolle che possono penetrare nell'acciaio temprato.
Lo stesso insieme di condizioni e il danno risultante possono anche verificarsi all'interno di elementi quali alloggiamenti di pompe e tunnel di propulsione. La cavitazione è in realtà molto più facile da produrre in un ambiente chiuso rispetto a una situazione aperta come un puntello e un albero.
In un'area chiusa, c'è molto meno volume di liquido in cui correre e comprimere le bolle del vuoto che si stanno formando. La cavitazione all'interno delle pompe è una delle principali cause di guasto. Girando a centrifugo la pompa troppo rapidamente fa bollire il liquido nella camera della pompa per mancanza di pressione. Questo è ancora più un problema se si sta pompando un liquido caldo come liquido di raffreddamento o olio combustibile pesante.
In una situazione di liquido caldo, stai applicando due fonti di energia che faranno bollire il liquido. Il primo, il calore, è esterno ed è la forma di ebollizione meglio compresa. Il secondo è il vuoto meccanico causato dalla girante. Il termine tecnico per questa seconda forza è Net Positive Suction Head o NPSH.