Il processo di formazione delle “micro cavità”, altrimenti detto di cavitazione, si manifesta principalmente dove è massima la velocità del liquido: la massa liquida perde la continuità originando una “schiuma” gassosa, particolarmente ricca di ossigeno, a causa del vapore e dell’aria che si liberano.
Questa “schiuma” gassosa, in caso di cavitazione non controllata, può essere estremamente erosiva e corrosiva con i metalli in quanto si sviluppano idrolisi, ossidazione, polimerizzazione e depolimerizzazione.
Il rapidissimo collasso delle “micro cavità” genera microgetti ad altissima pressione e ad elevate concentrazioni di energia in tempi e spazi ridottissimi i quali, se non controllati, come sopra descritto possono provocare danni, anche ingenti, alle tubazioni e/o alle parti mobili delle macchine che innescano tale fenomeno.
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A titolo esemplificativo, relativamente ad una tubazione, il fenomeno della cavitazione può svilupparsi maggiormente nei tratti in cui la linea piezometrica scende al di sotto dell’asse della tubazione stessa formando quindi una depressione più o meno accentuata.
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A titolo esemplificativo, relativamente ad una macchina idraulica (pompe centrifughe, assiali, turbine, ecc.), il fenomeno della cavitazione può svilupparsi maggiormente nei punti esterni della girante dove maggiore è la velocità e più bassa è la pressione.
La cavitazione genera attrito e turbolenza nel liquido causando, se non viene adeguatamente controllata, una notevole perdita di efficienza, emissione di rumore, vibrazioni e danneggiamento delle componenti. Il calo in efficienza e potenza può essere superiore al 3% rispetto a condizioni analoghe in assenza di cavitazione.
Sebbene il processo sia simile a quello più noto dell’ebollizione, la principale differenza tra cavitazione ed ebollizione è posto nel fatto che nell’ebollizione, a causa dell’aumento di temperatura, la tensione del vapore sale fino a superare la pressione del liquido, creando quindi una bolla meccanicamente stabile in quanto piena di vapore alla stessa pressione del liquido circostante.
Nella cavitazione invece è la pressione del liquido a scendere improvvisamente, rimanendo costanti temperatura e tensione di vapore.
Per questo motivo la “bolla” da cavitazione resiste solo finché non esce dalla zona di bassa pressione idrostatica: appena ritorna in una zona del fluido in quiete, la pressione di vapore non è sufficiente a contrastare la pressione idrostatica e la bolla da cavitazione implode rilasciando una grande quantità di energia e la relativa sequenza di onde d’urto.
La tensione di vapore di un liquido è la pressione parziale del vapore quando si stabilisce l’equilibrio fra liquido e vapore, dipende dalla temperatura e cresce con essa (per l’acqua è di 4,6 mmHg a 0 °C e di 760 mmHg a 100 °C).
Raggiunta tale pressione, il liquido e il vapore si dicono saturi (tante sono le molecole che passano dalla fase liquida a quella di vapore quante sono quelle che compiono il processo inverso).
Inoltre, il riscaldamento da cavitazione si sprigiona uniformemente su tutto il volume del liquido mentre un riscaldamento convenzionale avviene per trasferimento e quindi da un punto verso l’adito più estremo.
Questo permette di eliminare punti caldi o freddi, bruciature e, se necessario, avere un controllo preciso della temperatura.
