CAVITAZIONE DELLE POMPE: CAUSE E MANUTENZIONE ENDOSCOPIA

Uno dei problemi principali che occorrono negli impianti oleodinamici è la cavitazione delle pompe. Di che cosa si tratta e quali danni può causare?

La cavitazione, se non rilevata in tempo, può portare rapidamente a un degrado significativo delle prestazioni dell’impianto stesso. Nelle prossime righe osserveremo da vicino le cause alla base di questo fenomeno e ci soffermeremo su quanto gli endoscopi industriali possano essere un formidabile alleato in ottica di manutenzione predittiva.

Che cos’è la cavitazione delle pompe?

La cavitazione è un fenomeno fisico che si verifica quando, in un liquido in movimento, la pressione locale scende al di sotto della pressione di vapore del liquido stesso. In queste condizioni, il fluido non è più in grado di rimanere allo stato liquido e comincia a formare delle bolle di vapore.

Quest’ultime, che potremmo definire delle “microbolle” per la loro dimensione, si spostano in aree dove la pressione torna a salire e, a quel punto, implodono violentemente. Il collasso delle bolle genera micro-getti ad alta energia e onde d’urto localizzate che possono erodere le superfici interne della pompa. 

Quali sono le pompe maggiormente soggette a cavitazione?

Il fenomeno della cavitazione colpisce soprattutto due tipologie di pompe: quelle centrifughe e quelle volumetriche.

Le pompe centrifughe

Le pompe centrifughe sono particolarmente sensibili alla cavitazione per via del loro funzionamento: sfruttano una girante rotante per accelerare il fluido e convertire l’energia cinetica prodotta in pressione.

La zona critica è proprio l’ingresso della girante, dove la pressione può scendere rapidamente sotto la tensione di vapore. Quando ciò avviene, si formano bolle di vapore che implodono appena raggiungono l’area a pressione più alta sul lato di uscita. Le implosioni provocano micro-esplosioni che, a lungo andare, danneggiano l’intera girante, provocando perdita di equilibrio, vibrazioni e usura accelerata.

Pompe volumetriche a cilindrata variabile

Anche le pompe volumetriche, in particolare quelle a cilindrata variabile, possono soffrire gravemente il fenomeno della cavitazione, sebbene con meccanismi leggermente diversi rispetto alle pompe centrifughe.

Nel loro caso il fluido viene spinto da un volume meccanico variabile, generato dal moto alternato o rotativo di pistoni, palette o ingranaggi. Il sistema genera delle camere temporaneamente in depressione, che “aspirano” il fluido nella pompa. Ciò nonostante, se il fluido non riesce a riempire immediatamente questi volumi, a causa di perdite di carico, si forma un vuoto parziale, all’interno del quale può iniziare la formazione delle bolle.

Quali sono le principali cause della cavitazione delle pompe?

Come abbiamo avuto modo di osservare, la cavitazione è una conseguenza diretta di un equilibrio idraulico alterato all’interno della pompa. Ma quali sono le principali cause all’origine del fenomeno? 

Pressione insufficiente in aspirazione

Una delle prime cause da considerare è l’insufficiente pressione in aspirazione, cioè quando il cosiddetto NPSHa (Net Positive Suction Head disponibile) è troppo basso rispetto al valore minimo richiesto dalla pompa. Tale eventualità può verificarsi se la pompa è posizionata troppo in alto rispetto al livello del fluido, oppure se nella linea di aspirazione sono presenti perdite di carico, dovute a tubazioni strette, valvole parzialmente chiuse o filtri ostruiti.

Velocità di rotazione

Sul banco degli imputati per la cavitazione delle pompe troviamo anche la velocità di rotazione. Quando la girante ruota troppo rapidamente, la pressione cala bruscamente all’ingresso e può scendere sotto la tensione di vapore del fluido, innescando la formazione di bolle. Come abbiamo già osservato, questa dinamica è una delle più frequenti per le pompe centrifughe.

Temperatura del liquido

Non meno importante è la temperatura del liquido: più il fluido è caldo, più facilmente evapora anche a basse pressioni. I sistemi che lavorano ad alte temperature devono essere progettati con particolare attenzione, in quanto la cavitazione delle pompe può manifestarsi con facilità.

Ci sono poi cause meno evidenti, ma altrettanto pericolose. Ad esempio, la presenza di impurità e gas disciolti nel fluido, oppure una variazione improvvisa della portata, come accade negli impianti con pompe a cilindrata variabile. In questi casi, il sistema può non essere in grado di fornire abbastanza fluido in tempo reale, generando una depressione temporanea che favorisce l’evaporazione.

Progettazione dell’impianto oleodinamico

Infine, una causa trasversale è la progettazione non corretta dell’impianto oleodinamico. Anche la pompa migliore, se inserita in un circuito mal configurato o con parametri fuori specifica, rischia di trovarsi in condizioni operative sfavorevoli che ne accelerano l’usura. La scelta del tipo di pompa, il calcolo del dislivello, la sezione dei tubi e la temperatura di esercizio sono aspetti che devono essere valutati nel loro insieme.

Gli effetti della cavitazione

La cavitazione delle pompe può compromettere in breve tempo il funzionamento dell’intero impianto. Le conseguenze possono essere meccaniche, acustiche, prestazionali ed ovviamente economiche.

Rumore anomalo e vibrazioni

Il primo effetto evidente è solitamente il rumore anomalo. Durante la cavitazione, la pompa emette un suono caratteristico, simile a quello della ghiaia che scorre nei tubi o di piccoli colpi metallici.

Le vibrazioni meccaniche non generano solo rumore, ma con il passare del tempo possono danneggiare i cuscinetti, deformare alberi e componenti in rotazione, così come compromettere l’allineamento tra le parti mobili. 

Erosione delle superfici interne

L’effetto più temuto è senz’altro l’erosione delle superfici interne. Le implosioni delle bolle provocano l’asportazione progressiva del materiale nelle zone colpite, dando vita a piccole cavità chiamate pitting. Il deterioramento si concentra spesso nella girante, nella bocca di aspirazione o nelle superfici più esposte alle variazioni di pressione. 

L’erosione riduce la portata della pompa, altera la geometria delle parti e compromette l’efficienza del pompaggio. Di conseguenza, la pompa subirà anche una perdita di efficienza rendendo i cicli di lavoro più lunghi ed aumentando gli sprechi energetici.

La cavitazione delle pompe, se non individuata e risolta in tempo, può portare a guasti gravi, come la rottura della girante, il collasso delle tenute meccaniche e il danneggiamento del corpo pompa. Oltre ai danni appena citati, vanno presi in considerazione anche i necessari fermi produzione generati dai guasti e le conseguenti ricadute economiche.

Come prevenire la cavitazione con gli endoscopi industriali?

Per salvaguardare lo “stato di salute” delle pompe oleodinamiche è importante effettuare operazioni di manutenzione predittiva. A tal fine, gli endoscopi industriali vengono in nostro soccorso. Attraverso le sonde endoscopiche è possibile:

• esaminare la superficie di giranti e alloggiamenti per rilevare piccole cavità, crateri o scheggiature;
• documentare nel tempo l’evoluzione e la distribuzione del danno pianificando interventi di manutenzione;
• valutare la gravità del fenomeno in base alla quantità e profondità dei segni osservati;
• scoprire l’inizio dell’insorgere del guasto prima che si trasformi in un danno più grave capace di compromettere i macchinari e i cicli produttivi.

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