La cavitazione è un fenomeno fisico, conosciuto dalla fine dell’800 ma ipotizzato fin dal 1750 dal matematico svizzero Leonhard Euler.
È un fenomeno che riguarda esclusivamente il flusso di liquidi, i gas non possono presentare cavitazione.
Solo in tempi molto recenti si è capito come controllarla e sfruttarne positivamente le caratteristiche.
Quando avviene in maniera controllata, non genera né danni né usura dei materiali coinvolti, altrimenti rappresenta uno degli effetti più degenerativi in cui ci si possa imbattere in idraulica.
La cavitazione, oltre ad essere un fenomeno fisico, è in realtà anche un processo meccanico ed è influenzato dalla termodinamica del sistema.
Fino a pochi anni fa veniva intesa esclusivamente come un fenomeno estremamente negativo e degenerativo che può avvenire in condotte, turbine e pompe ed è legata alla pressione di vapore di un fluido: il fenomeno si mantiene fintanto che permane l’equilibrio del valore di pressione fra la parte liquida ed il suo vapore.
Ha luogo con la vaporizzazione locale di un liquido, che avviene con il distacco dello strato limite fluido. Se non cercata e voluta, essa genera sostanzialmente perdite di rendimento ed erosione.
Per definire l’entità di cavitazione ci si avvale dell’unità di grandezza chiamata indice di cavitazione (K), che è funzione proprio del salto di pressione; dove p1 rappresenta la pressione a monte, p2 la pressione a valle e pv la tensione di vapore. Al diminuire dell’indice di cavitazione corrisponde uno sviluppo più intenso della cavitazione.
Se nel liquido la pressione assoluta diventa uguale od inferiore alla pressione di vapore ad una certa temperatura, in pochi microsecondi, si formano delle microscopiche bolle di vapore.
Queste bolle microscopiche sono di forma sferico-toroidali, hanno temperatura di migliaia di gradi centigradi e centinaia di atmosfere (BAR), con jet localizzati di liquido a velocità di oltre 100 m/s.
Questa formazione di bolle, dalla durata di norma molto breve, avviene a causa dell’abbattimento della pressione a valori inferiori alla tensione di vapore del liquido stesso. A causa di ciò, il liquido subisce, in maniera velocissima, una trasformazione in gas, formando per l’appunto bolle (altrimenti dette “micro cavità”) che però collassano altrettanto rapidamente non appena il flusso le fa allontanare dalla regione le cui peculiari condizioni fisiche ne avevano permesso la formazione.
Il susseguirsi di formazione e implosione delle “micro cavità” genera, a sua volta, una sequenza di onde d’urto o ultrasuoni.
