Numero caratteristico di cavitazione

Categoria: Macchine. Scritto da Michele Manno Lunedì, 22 Agosto 2011

Con il termine cavitazione si fa riferimento al fenomeno della violenta formazione di bolle di vapore all’interno di un liquido, dovuta alla diminuzione della pressione al di sotto di un valore soglia, che con buona approssimazione coincide con la tensione del vapor saturo corrispondente alla temperatura del fluido.

Tali bolle di vapore possono essere riassorbite quando il fluido attraversa una zona a pressione maggiore. La cavitazione è un fenomeno dannoso principalmente per due motivi:

• il riassorbimento delle bolle di vapore comporta un rilascio concentrato di una grande quantità di energia, che comporta sia il danneggiamento a delle superfici solide a contatto con il fluido, sia un’elevata rumorosità;
• la presenza di bolle di vapore provoca un netto peggioramento delle proprietà acustiche del fluido, rendendolo un cattivo vettore energetico; 
• la presenza di bolle di vapore fa si che la capacità di trasporto di massa sia molto ridotta, determinando un calo di prestazioni. 

Per studiare il comportamento di una turbopompa rispetto alla cavitazione, si introduce la grandezza NPSH, Net Positive Suction Head ovvero carico idraulico netto all’aspirazione, che rappresenta la differenza tra il carico idraulico all’ingresso della macchina e il carico corrispondente alla tensione di vapore del fluido. La valutazione dell’NPSH può essere condotta imponendo la conservazione dell’energia tra la sezione corrispondente al livello del fluido nel serbatoio di aspirazione e l’ingresso della macchina, si ottiene: Il primo termine della disequazione che coincide con il carico idraulico netto disponibile all’aspirazione della macchina

$NPSH = {p_a}/{\rho*g} + \Delta z − Y_a − {p_v}/{\rho*g}$

mentre il secondo termine rappresenta una grandezza, definita come depressione dinamica totale della pompa, dipendente esclusivamente dalle caratteristiche della macchina, in particolare della girante

$h_{dt}=NPSH_r={c_0^2}/{2*g}+Y_p+{\Delta p}/{\rho*g}$

Per evitare la cavitazione la depressione dinamica totale deve essere minore di NPSH. La depressione dinamica totale può essere espressa in funzione delle velocità assoluta e relativa all’ingresso della girante, per mezzo di due coefficienti a α e λ che dipendono dall’architettura della girante, e quindi, secondo quanto affermato al paragrafo precedente, dal numero caratteristico di giri. Si è a questo punto in grado di introdurre il numero caratteristico di e cavitazione:

$s={n*Q^{1/2}}/{NPSH_r^{3/4}}$

Pertanto anche nel caso del numero caratteristico di cavitazione è possibile riferirsi a valori orientativi tipici dettati dall’esperienza per ciascuna classe di turbopompe.

L’utilità pratica della definizione del numero caratteristico di cavitazione a risiede nella possibilità di calcolare, a partire da un valore di s tipico della famiglia di turbopompe presa in considerazione, la massima velocità di rotazione ammissibile assegnati l’effettivo carico idraulico netto all’aspirazione e la e portata da elaborare, oppure per individuare il minimo carico idraulico $NPSH_{min}$ che è necessario assicurare al fine di evitare l’insorgere del fenomeno della cavitazione, qualora siano assegnate la velocità di rotazione e la portata.

Qui per vedere le dispense complete dell'Ing. Michele Manno.