SOMMARIO
La cavitazione rappresenta uno dei problemi più gravi e diffusi nelle pompe centrifughe: un fenomeno tanto silenzioso quanto distruttivo, in grado di compromettere prestazioni, efficienza e durata dell’impianto. Quando la pressione locale del fluido scende al di sotto della pressione di vapore, si formano bolle che, implodendo, generano onde d’urto e vibrazioni dannose per i componenti interni. L’articolo analizza in modo approfondito cos’è la cavitazione, come si manifesta e quali conseguenze comporta su giranti, tenute e materiali.
Viene poi illustrata la classificazione delle principali tipologie di cavitazione — da aspirazione, da ricircolo interno e da turbolenza — e l’importanza di scegliere materiali adeguati, capaci di resistere sia alle sollecitazioni meccaniche sia agli ambienti chimici più aggressivi.
Ampio spazio è dedicato alle implicazioni progettuali, con focus sul parametro NPSH, sul corretto calcolo delle perdite di carico, sulla geometria della girante e sulla configurazione della linea di aspirazione. Infine, l’articolo approfondisce le tecniche di rilevamento del fenomeno e le strategie di prevenzione — dalla manutenzione predittiva alla formazione del personale — sottolineando come l’esperienza e le tecnologie di CDR Pompe permettano di progettare sistemi più sicuri, efficienti e resistenti alla cavitazione.
La cavitazione: uno dei guasti più gravi per le pompe centrifughe
La cavitazione è uno dei fenomeni più insidiosi e frequenti nei sistemi di pompaggio industriale e, se trascurata, rischia di compromettere in modo sostanziale le prestazioni e la durata delle pompe centrifughe. In impianti altamente specializzati dove fluidi aggressivi, alte pressioni e cicli intensivi sono una costante nel lavoro quotidiano, la cavitazione è un pericolo sempre in agguato che, se trascurato o non scoperto in tempo, può portare a problemi disastrosi per l’intero impianto, come: perdita di efficacia idraulica, aumento dei consumi, rumorosità, vibrazioni e danneggiamento irreversibile delle componenti meccaniche della pompa.
Avendo sempre in mente i guasti tipici a cui sono soggette le pompe di processo, la gamma di pompe progettate da CDR (incluse soluzioni a trascinamento magnetico e a tenuta meccanica), si distingue per la robustezza e la capacità di operare in condizioni chimiche e meccaniche estreme, anche per soluzioni h24. Grazie a un approccio consulenziale sviluppato in decenni di esperienza nel settore, sia nella scelta dell’impianto che nella manutenzione, per CDR è possibile intervenire efficacemente nella prevenzione della cavitazione, garantendo così la continuità dell’impianto.
Cos’è la cavitazione e come si verifica
La cavitazione è un fenomeno che si verifica nel momento in cui la pressione locale di un fluido scende al di sotto della sua pressione di vapore e successivamente risale in una zona a pressione più elevata: in quell’arco temporale si generano bolle di vapore che, al collasso, provocano danni meccanici.
All’interno di una pompa centrifuga, specialmente nella zona della girante dove il fluido viene accelerato e la pressione può variare rapidamente, si creano condizioni favorevoli alla formazione di bolle. Queste bolle, una volta trasportate dal flusso in una zona a pressione maggiore, implodono producendo onde d’urto localizzate, vibrazioni meccaniche, erosione superficiale (pitting) e rumorosità anomala.
Dal punto di vista operativo, la cavitazione riduce l’efficienza idraulica perché parte del fluido “lavora” come vapore, aumenta il consumo energetico e accorcia la vita utile della girante del corpo pompa e delle tenute. In molti casi, la cavitazione può diventare la causa scatenante di altri guasti gravi nella pompa centrifuga, con tempi di fermo imprevedibili e spesso molto costosi.
È quindi fondamentale che gli operatori, i progettisti e i responsabili dell’impianto manutenzione comprendano chiaramente il fenomeno della cavitazione per prevenirlo e gestirlo, scegliendo correttamente la pompa, i materiali, la linea di aspirazione e la configurazione impiantistica. Nei momenti di fermo impianto programmati, inoltre, CDR Pompe offre servizi di manutenzione predittiva, in modo da scongiurare eventuali problemi o malfunzionamenti in futuro.
Non esiste una sola tipologia di cavitazione
La cavitazione è un problema ampio e complesso che può influire su differenti livelli della pompa. Esistono infatti differenti manifestazioni di questo guasto, ciascuna legata a specifiche condizioni operative o progettuali. Riconoscere la forma che si verifica nell’impianto significa poter intervenire con contromisure mirate e tempestive.
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Cavitazione da aspirazione: si verifica quando l’NPSHa (Net Positive Suction Head available) è inferiore all’NPSHr (Net Positive Suction Head required) previsto dal costruttore. Questa è la forma più comune e pericolosa per la pompa, in quanto riduce velocemente la vita utile della girante.
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Cavitazione da ricircolo interno: insorge quando la pompa opera al di fuori del punto di lavoro progettato, ad esempio con portate troppo basse o troppo elevate rispetto al previsto. In questi casi si creano zone di ricircolo all’interno della girante che favoriscono la formazione di bolle e la cavitazione.
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Cavitazione da turbolenza: è generata da ostacoli nel flusso, come valvole mal dimensionate, curve troppo strette, cambi di sezione improvvisi nella tubazione di aspirazione o condotti di aspirazione troppo lunghi. Queste condizioni inducono depressioni locali e formazione di bolle di cavitazione.
Implicazioni progettuali
La prevenzione della cavitazione non dipende solo dal corretto funzionamento della pompa, ma soprattutto da una progettazione impiantistica accurata.
Ogni fase, dal calcolo dei parametri di aspirazione alla scelta della girante, fino alla configurazione della linea di aspirazione, influisce direttamente sulla possibilità che si verifichi il fenomeno.
Analizzare con precisione le condizioni operative e i valori di NPSH consente di progettare sistemi più affidabili, efficienti e duraturi.
Cavitazione e materiali
La scelta dei materiali nella costruzione della pompa e dei relativi componenti è un fattore decisivo nella gestione del fenomeno della cavitazione.
Ad esempio, materiali plastici rivestiti (come PP, PFA, PVDF, ETFE) offrono eccellenti proprietà di resistenza chimica, particolarmente utili negli ambienti aggressivi, ma risultano meno adatti a sopportare l’erosione meccanica causata dalle implosioni delle bolle. In presenza di cavitazione, le superfici rivestite possono usurarsi più rapidamente rispetto a materiali metallici più robusti.
D’altro canto, materiali metallici come l’acciaio inox (ad esempio AISI) offrono maggiore resistenza all’impatto meccanico generato dalla cavitazione, ma sono soggetti a fenomeni come pitting o cricche da cavitazione se il fluido sollecita in modo severo le superfici. È quindi fondamentale valutare attentamente il compromesso fra resistenza chimica e resistenza a cavitazione nella selezione dei materiali per giranti, rivestimenti e componenti interni.
In sintesi, in impianti dove il rischio di cavitazione è elevato, ad esempio per alte velocità, fluidi instabili o condizioni di aspirazione difficili, la progettazione con materiali ad elevata resistenza meccanica, abbinata a una configurazione impiantistica idonea, fa la differenza.
NPSH: un parametro fondamentale
Il termine NPSH (Net Positive Suction Head) indica la quantità di energia, espressa come altezza di colonna di fluido, disponibile all’aspirazione della pompa per mantenere il fluido in stato liquido e prevenire la formazione di vapore. In altre parole, rappresenta la misura della pressione effettiva con cui il fluido entra nella pompa rispetto alla sua pressione di vapore: un parametro fondamentale per evitare che si inneschi la cavitazione.
In particolare è utile distinguere fra:
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NPSHa (available): la prevalenza netta disponibile all’aspirazione della pompa, ossia la pressione totale all’ingresso della pompa meno la pressione di vapore del fluido.
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NPSHr (required): la prevalenza netta minima necessaria all’aspirazione della pompa per garantire il corretto funzionamento senza che si verifichi la cavitazione. Questo valore è indicato dal costruttore della pompa.
Per evitare la cavitazione è imprescindibile che NPSHa > NPSHr in tutte le condizioni operative. Un margine di sicurezza è da considerare nella progettazione dell’impianto, per tenere conto delle variazioni di temperatura, altitudine e perdite di carico.
Calcolo e gestione del NPSH
Data la delicatezza e l’importanza del parametro, fase progettuale è necessario eseguire un’analisi attenta delle perdite di carico nella tubazione di aspirazione, valutando la lunghezza dei condotti, il diametro interno, le curve, i raccordi e la visibilità del serbatoio di alimentazione.
Occorre inoltre considerare la temperatura del fluido (che influisce direttamente sulla pressione di vapore) e le condizioni atmosferiche o di altitudine che riducono la pressione assoluta disponibile all’aspirazione. Tutto questo contribuisce a definire l’NPSHa reale che l’impianto mette a disposizione della pompa. Utilizzare software di simulazione fluidodinamica e affidarsi a competenze tecniche specialistiche è essenziale per evitare che la cavitazione diventi un rischio costantemente in agguato.
Scelta della girante
Nelle implicazioni progettuali che prevengono o favoriscono cavitazione va inserita anche la scelta della girante della pompa centrifuga. La geometria della girante è infatti un elemento chiave nell’evitare la cavitazione: una girante progettata tenendo conto della curva caratteristica della pompa, delle portate, delle prevalenze e del fluido in gioco consente di ridurre le zone a bassa pressione che favoriscono la formazione delle bolle.
Le soluzioni avanzate e di alto livello tecnico, come quelle proposte da CDR Pompe, prevedono giranti con configurazioni ottimizzate per condizioni estreme e fluidi aggressivi, contribuendo a contenere il rischio di cavitazione nel lungo periodo.
Configurazione della linea di aspirazione
La configurazione della tubazione di aspirazione è determinante come il calcolo dell’NPSH e la scelta della girante adatta. Per minimizzare il rischio di cavitazione sono consigliate:
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tubazioni corte e diritte, con diametro adeguato e senza variazioni improvvise di sezione;
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valvole posizionate in modo da non generare zone di depressione o turbolenza prima dell’ingresso della pompa;
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riduzione delle curve strette e dei raccordi che possono generare perdite di carico e turbolenze locali.
Una linea di aspirazione ben progettata favorisce un aumento dell’NPSHa e riduce la probabilità che il fluido entri in condizioni di bassa pressione, prevenendo efficacemente la cavitazione.
La cavitazione può essere rilevata tramite
Oltre alla progettazione accurata e alla scelta giusta dei componenti della pompa, il fatto di riconoscere tempestivamente i segni della cavitazione è uno degli aspetti fondamentali che permettono di preservare la vita utile dell’impianto.
La cavitazione può infatti venire rilevata mediante l’analisi vibrazionale, che intercetta le frequenze tipiche generate dalle implosioni delle bolle, o il monitoraggio acustico, che consente di rilevare il rumore caratteristico (simile al passaggio di ghiaia o al «gracchiare») generato dalle micro-getti.
Oltre queste analisi necessarie, l’ispezione visiva delle giranti e dei componenti interni è indispensabile: superfici martellate, crateri di erosione, pitting e modulazioni geometriche sulle pale della girante sono chiari segnali di cavitazione in atto. Un programma di monitoraggio e ispezione regolare, supportato da competenza tecnica e strumenti diagnostici avanzati forniti da CDR Pompe, permette di intervenire tempestivamente e evitare che la cavitazione evolva in guasti irreversibili o fermi produttivi costosi.
Strategie di prevenzione
Come abbiamo visto, la prevenzione della cavitazione passa attraverso una serie di azioni integrate e coerenti che riguardano la progettazione dell’impianto, la selezione della pompa, la gestione operativa e la manutenzione.
In primo luogo, è fondamentale una progettazione accurata del sistema di pompaggio, che includa l’analisi delle condizioni di aspirazione, l’NPSH disponibile, la configurazione della tubazione e la scelta dei materiali adeguati.
Secondariamente, occorre utilizzare pompe dimensionate in modo corretto per l’impianto: sia sovradimensionare che sottodimensionare rispetto al punto di lavoro ottimale incrementa il rischio di cavitazione.
Anche con una progettazione idonea e una dimensione del prodotto ottimale,, il controllo costante della temperatura e della pressione operative rimane primario: temperature elevate aumentano la tensione di vapore del fluido e quindi facilitano la cavitazione, mentre una pressione di aspirazione insufficiente può provocarla rapidamente.
Quarto elemento è la manutenzione preventiva: filtri ostruiti, sedimenti nel serbatoio, tubazioni danneggiate o valvole malfunzionanti aumentano le perdite di carico e di conseguenza favoriscono la cavitazione.
Infine, la formazione tecnica del personale è un fattore strategico: riconoscere tempestivamente i segnali della cavitazione consente di intervenire prima che il fenomeno si trasformi in guasto.
In CDR lavoriamo orientati alla prevenzione
Affidandosi all’expertise di CDR Pompe, dalla consulenza iniziale all’assistenza post-vendita, dal kick-off meeting alla manutenzione predittiva programmata, gli operatori possono ottenere pompe progettate per resistere alle condizioni più gravose, monitorare in modo efficace il sistema e prevenire la cavitazione in modo duraturo. Con una strategia integrata, la cavitazione non deve essere considerata un rischio inevitabile, ma un elemento gestibile e controllabile.
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