Diagnosi della cavitazione

1. Definizione: Che cos'è la cavitazione?

Cavitazione è un fenomeno distruttivo che si verifica nelle pompe e in altri sistemi idraulici. Consiste nella rapida formazione e nel violento collasso (implosione) di bolle di vapore in un liquido. Ciò avviene quando la pressione statica del liquido scende al di sotto della sua tensione di vapore.

Sebbene spesso descritta come un suono "sibilo" o "di biglie che tintinnano", la cavitazione è una fonte significativa di vibrazione e può causare gravi danni erosivi alle giranti e ai corpi delle pompe. È segno di un problema idraulico, non meccanico, ma è facilmente rilevabile con l'analisi delle vibrazioni.

2. I due tipi di cavitazione

a) Cavitazione di aspirazione

Questa è la forma più comune di cavitazione. Si verifica quando la pompa è "affamata" di fluido, il che significa che la prevalenza netta di aspirazione positiva disponibile (NPSHa) è inferiore alla prevalenza netta di aspirazione positiva richiesta (NPSHr) dalla pompa.

• Meccanismo: La bassa pressione all'occhio della girante provoca l'ebollizione del liquido, formando bolle di vapore. Quando queste bolle vengono trasportate nelle zone a pressione più elevata delle pale della girante, collassano violentemente.
• Cause: Un filtro di aspirazione intasato, una valvola di aspirazione parzialmente chiusa, una linea di aspirazione troppo lunga o di diametro troppo piccolo oppure la pompa che deve sollevare il fluido da un'altezza troppo elevata.

b) Cavitazione di scarica

Questo fenomeno è meno comune e si verifica quando la pressione di mandata della pompa è estremamente elevata, impedendo al fluido di fuoriuscire dalla pompa.

• Meccanismo: Il fluido viene intrappolato tra le palette della girante e ricircola ad alta velocità, creando una zona di vuoto a bassa pressione in cui si formano bolle. Queste bolle poi implodono uscendo dalla zona di bassa pressione.
• Cause: Una valvola di scarico bloccata o chiusa, oppure il pompaggio contro un “deadhead” (una linea di scarico completamente bloccata).

3. La firma vibratoria della cavitazione

La violenta implosione di migliaia di minuscole bolle di vapore non produce una singola frequenza precisa. Al contrario, crea una firma vibrazionale ben distinta:

• Rumore a banda larga ad alta frequenza: L'indicatore primario della cavitazione è un aumento significativo del "rumore di fondo" del Spettro FFT, in particolare alle alte frequenze (tipicamente superiori a 2.000 Hz). Appare come una "gobba" di energia casuale a banda larga piuttosto che come picchi distinti.
• Casuale e instabile: La vibrazione è casuale e non periodica, motivo per cui non crea picchi netti. L'ampiezza complessiva può variare significativamente.
• Potenziali armoniche della frequenza di passaggio della lama: In alcuni casi, l'energia casuale della cavitazione può eccitare la frequenza di passaggio della lama (BPF = Numero di palette × Velocità di corsa) e le sue armoniche, ma la caratteristica dominante sarà ancora il rumore di fondo a banda larga.

Se la cavitazione è grave, può causare danni secondari, come l'erosione della girante, che può quindi portare a una vera e propria rottura meccanica. sbilanciare, che si presenterebbe come un picco elevato 1X.

4. Conferma

Poiché la firma della vibrazione è un rumore casuale, a volte può essere confusa con altre fonti di turbolenza o problemi legati al flusso. La conferma può essere ottenuta tramite:

• Ascolto: La cavitazione spesso produce un suono udibile e distinto, come quello di ghiaia o biglie che rotolano all'interno della pompa.
• Modifiche al processo: In caso di sospetta cavitazione in aspirazione, l'apertura lenta e attenta della valvola di aspirazione (se parzialmente chiusa) o la pulizia del filtro di aspirazione dovrebbero ridurre o eliminare immediatamente il rumore di vibrazione ad alta frequenza. Si tratta di un test diagnostico molto efficace.

È fondamentale intervenire rapidamente sulla cavitazione, poiché le implosioni agiscono come un martello a microgetto, scheggiando ed erodendo le palette della girante e la voluta della pompa, causando guasti prematuri.

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