Cavitazione della pompa: cos'è e come evitarla

Che tipo di suono proviene dalla tua pompa? Se sembra più ghiaia spinta attraverso i tubi che un liquido, il colpevole potrebbe essere la cavitazione della pompa. Ma cos'è esattamente la cavitazione della pompa e perché è così dannosa per le pompe e i loro componenti? Spiegheremo tutto su questo fenomeno comune, ma dannoso, e cosa puoi fare per fermarlo prima che danneggi il tuo sistema.

Cos'è la cavitazione della pompa e quali sono le sue cause?

La cavitazione della pompa si verifica quando la pressione in una pompa scende al di sotto della tensione di vapore del liquido, causandone la vaporizzazione e la formazione di bolle. Queste bolle di vapore si formano tipicamente sul lato di aspirazione della pompa, dove la pressione è più bassa. Quando il fluido raggiunge aree a pressione più elevata, come in prossimità della girante, le bolle collassano.

Immagina una pentola di acqua bollente sul fornello. Bolle di vapore salgono dal fondo ed esplodono una volta raggiunta la superficie dell'acqua. In questo scenario, l'ebollizione avviene a causa del calore. Ma il punto di ebollizione è influenzato anche dalla pressione al di sopra dell'acqua. Al livello del mare, l'acqua bolle a 212 °C, ma a 100 metri di altitudine, dove la pressione atmosferica è inferiore, bolle a circa 10,000 °C. Con il diminuire della pressione atmosferica, il punto di ebollizione dell'acqua diminuisce.

In un sistema di pompaggio, si applica un principio simile. Se la pressione all'interno della pompa scende al di sotto della tensione di vapore del liquido, il liquido inizia a bollire, anche a temperatura ambiente. Questa ebollizione localizzata crea bolle di vapore all'interno del fluido. Man mano che il fluido prosegue il suo percorso attraverso la pompa e incontra una pressione più elevata in prossimità della girante, le bolle collassano rapidamente. Questa improvvisa implosione crea intense onde d'urto che colpiscono le superfici interne della pompa, in particolare le pale della girante, causando la cavitazione della pompa.

Cosa c'è di così male nelle bolle? Le conseguenze della cavitazione della pompa

Le bolle di cavitazione possono essere minuscole, ma rappresentano grossi problemi per la pompa. Queste bolle di vapore si formano tipicamente su minuscole imperfezioni nelle superfici metalliche della pompa, come la girante di una pompa centrifuga o il pistone/ingranaggio di una pompa volumetrica, sul lato di aspirazione. Quando queste bolle si spostano verso il lato di mandata ad alta pressione, collassano violentemente, creando onde d'urto e microgetti che colpiscono le superfici con estrema forza. Questa implosione crea onde d'urto intense e concentrate che si abbattono sulla superficie stessa in cui si sono formate le bolle.

Questi impatti ripetuti causano la corrosione puntiforme, un tipo di erosione superficiale che inizialmente è lieve ma peggiora nel tempo. Quando una pompa è nuova e le superfici sono lisce, è più resistente alla cavitazione. Ma con lo sviluppo di imperfezioni, il danno accelera. Alla fine, parti della girante o altri componenti potrebbero apparire puntinate o sabbiate. Grandi pezzi di materiale potrebbero persino mancare dai componenti.

La violenta reazione danneggia anche cuscinetti e guarnizioni, riducendone la durata e comportando costi di manutenzione alle stelle dovuti a frequenti sostituzioni. La cavitazione della pompa provoca una riduzione dell'efficienza, vibrazioni, rumore e, in ultima analisi, il guasto della pompa.

Qual è la differenza tra aspirazione, scarico e cavitazione?

"Aspirazione" e "mandata" si riferiscono a lati diversi di una pompa. Il lato di aspirazione è il punto in cui il fluido entra nella pompa, solitamente a una pressione inferiore. Il lato di mandata è il punto in cui la pompa spinge il fluido fuori, solitamente a una pressione superiore.

La cavitazione, d'altra parte, è un problema che può verificarsi all'interno della pompa. Non fa parte del normale funzionamento della pompa, come l'aspirazione o lo scarico. È una condizione dannosa causata dalla bassa pressione che porta alla formazione e al collasso di bolle di vapore.

Ecco un modo semplice per pensarci:

Aspirazione: fluido che entra nella pompa a pressione inferiore

Scarico: fluido che esce dalla pompa ad alta pressione

Cavitazione: il fluido evapora e provoca danni a causa della pressione troppo bassa (soprattutto sul lato di aspirazione)

Sebbene la cavitazione in aspirazione sia la più comune, la cavitazione in mandata può verificarsi anche quando una pompa funziona a basse portate o lontano dal suo punto di massima efficienza. Ciò provoca il ricircolo del fluido sul lato di mandata, formando bolle di vapore nelle zone a bassa pressione che collassano e danneggiano i componenti. Entrambi i tipi di cavitazione presentano sintomi simili, come rumore, vibrazioni ed erosione, ma richiedono strategie di prevenzione diverse.

Quindi, mentre aspirazione e mandata descrivono il modo in cui una pompa sposta un fluido, la cavitazione descrive cosa accade quando le condizioni all'interno della pompa vanno male.

Primi segni di cavitazione della pompa

Uno dei primi segnali di cavitazione della pompa è un rumore insolito proveniente dalla pompa. Questo rumore è spesso descritto come il rumore di ghiaia che sbatte nell'alloggiamento della pompa o nelle tubazioni. Tuttavia, è facile non accorgersi di questo segnale chiave in ambienti rumorosi.

Altri segnali di allarme precoce includono:

• Vibrazioni insolite: Monitoraggio delle vibrazioni può rilevare cambiamenti nella firma delle vibrazioni di una pompa e rivelare la cavitazione.
• Fluttuazioni di pressione irregolari: Letture irregolari del manometro, in particolare sul lato di aspirazione della pompa, possono segnalare cavitazione
• Portate ridotte: Una riduzione delle prestazioni della pompa può indicare che la cavitazione sta influenzando il flusso del fluido o ha già danneggiato la pompa.

Come prevenire la cavitazione della pompa

Il modo più semplice per prevenire la cavitazione della pompa è progettare il sistema di pompaggio in modo che non si verifichi in condizioni operative normali. Per farlo, è necessario comprendere il valore di NPSH (Net Positive Suction Head) e tenerlo in considerazione durante la progettazione.

Ci sono due parti dell'NPSH che devono essere prese in considerazione.

1. NPSHR (prevalenza di aspirazione netta positiva richiesta): Questa è la pressione minima di cui la pompa ha bisogno sul lato di aspirazione per evitare la cavitazione. Questo valore è espresso in metri o piedi ed è calcolato dal produttore della pompa.
2. NPSHA (Prevalenza di aspirazione netta positiva disponibile): Questo numero deve essere calcolato durante la progettazione del sistema. Tiene conto della pressione atmosferica, del livello del fluido, della temperatura del fluido e del punto di ebollizione del liquido.

Se l'NPSHA è maggiore dell'NPSHR, la pompa dovrebbe funzionare senza cavitazione. Tuttavia, se l'NPSHA è inferiore all'NPSHR, la pompa non ha una pressione sufficiente a impedire la vaporizzazione del liquido, causando infine cavitazione.

Per evitare la cavitazione in aspirazione, assicurarsi che la prevalenza netta positiva disponibile (NPSHA) superi la prevalenza netta positiva richiesta (NPSHR) di almeno 0.5-1.0 metri, come specificato dal produttore della pompa. Per evitare la cavitazione in mandata, utilizzare la pompa in prossimità del suo punto di massima efficienza (BEP) per evitare condizioni di bassa portata che causano il ricircolo. L'utilizzo di una pompa correttamente dimensionata o l'installazione di azionamenti a frequenza variabile (VFD) possono contribuire a mantenere portate ottimali.

Come correggere la cavitazione della pompa

Se la cavitazione è già in atto, è necessario intervenire il prima possibile per prevenire danni. I metodi di correzione variano a seconda che si tratti di cavitazione in aspirazione (causata da bassa pressione di aspirazione) o di cavitazione in mandata (causata da bassa portata o ricircolo). Ecco alcune soluzioni da provare:

• Ottimizzare le tubazioni di aspirazione: Tubazioni di aspirazione piccole, lunghe o complesse possono limitare il flusso, riducendo l'NPSHA. Utilizzare tubazioni di diametro maggiore, accorciarne la lunghezza o ridurre le curve per migliorare il flusso e prevenire la cavitazione in aspirazione.
• Spostare la pompa o la fonte del fluido: Posizionando la pompa più vicino o al di sotto della sorgente del fluido si riduce la spinta di aspirazione, aumentando l'NPSHA per ridurre la cavitazione di aspirazione.
• Controllare i filtri e i colini: Filtri o filtri intasati sul lato di aspirazione possono compromettere la pompa, causando cavitazione. Pulirli o sostituirli e assicurarsi che il filtro sia di dimensioni adeguate per mantenere il flusso.
• Valvole di ritegno e componenti: Valvole parzialmente chiuse o raccordi eccessivi sul lato di aspirazione possono limitare il flusso. Assicurarsi che le valvole siano completamente aperte e ridurre al minimo i componenti non necessari. Per la cavitazione in mandata, verificare che le valvole di mandata non siano eccessivamente strozzate, poiché ciò può causare ricircolo.
• Installare una pompa booster: Una pompa booster può aumentare la pressione di aspirazione, aumentando l'NPSHA per prevenire la cavitazione di aspirazione, soprattutto nei sistemi con lunghe linee di aspirazione o variazioni di quota.
• Regolare le condizioni operative: In caso di cavitazione in mandata, aumentare la portata per far funzionare la pompa più vicino al suo punto di massima efficienza (BEP). Installare VFD o regolare le valvole di mandata per mantenere una portata adeguata ed evitare il ricircolo.
• Sostituire la pompa: Se la cavitazione persiste, sostituire la pompa con una più adatta al sistema. Per la cavitazione in aspirazione, selezionare una pompa con un NPSHR inferiore. Per la cavitazione in mandata, scegliere una pompa dimensionata correttamente per i requisiti di portata e prevalenza del sistema.

Tutte queste opzioni possono essere costose e richiedere molto tempo, ma evitare la cavitazione della pompa ne prolungherà la vita utile e migliorerà l'efficienza complessiva del sistema. Utilizzare strumenti di monitoraggio, come un monitoraggio delle vibrazioni, per confermare che la cavitazione è stata risolta.

Conclusioni sulla cavitazione della pompa

La cavitazione delle pompe è un problema costoso. Aumenta i costi di manutenzione, danneggia i componenti e può ridurre la durata della pompa. Ma è anche prevenibile. Il monitoraggio delle vibrazioni combinato con servizi di analisi delle vibrazioni può fornire un segnale di allarme precoce che indica che si sta verificando una cavitazione, dandoti il tempo di intervenire prima che si verifichino danni costosi e irreversibili.