کاویتاسیون(Cavitation) یکی از پدیده‌های فیزیکی مهم و در عین حال مخرب در سیستم‌های انتقال مایعات است. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که فشار موضعی سیال در یک محدوده، به کمتر از فشار بخار آن برسد و در نتیجه، حبابهای بخار درون مایع شکل بگیرند.
این حباب‌ها زمانی که وارد ناحیه‌ای با فشار بالاتر می‌شوند، به‌صورت ناگهانی می‌ترکند. انفجارهای میکروسکوپی ناشی از ترکیدن حباب، ضربه‌هایی با فشار بسیار زیاد در محیط اطراف خود ایجاد می‌کنند که می‌تواند باعث تخریب سطح داخلی قطعات شود.کاویتاسیون معمولاً در نواحی‌ای که سرعت جریان زیاد و فشار کم است رخ می‌دهد؛ مانند ورودی پمپ، لبه پروانه‌ها، شیرهای کنترلی و بین ردیف های پمپ هموژنایزر.
مکانیسم شکل‌گیری کاویتاسیون (به زبان ساده و علمی)
برای درک بهتر این پدیده، کافی است یک مثال ساده را بررسی کنیم:
زمانی که سیالی مثل آب وارد پمپ می‌شود، سرعت آن افزایش می‌یابد. طبق قانون برنولی، افزایش سرعت برابر است با کاهش فشار. اگر این فشار از فشار بخار سیال کمتر شود، مایع شروع به جوشیدن موضعی می‌کند (بدون افزایش دما) و حبابهای بخار تشکیل می‌شود.
این حباب‌ها وقتی دوباره وارد بخش‌های پرفشار سیستم می‌شوند، منفجر می‌شوند و همین انفجارها، علت اصلی آسیب به سطوح فلزی هستند. علاوه بر این تغییر حجم ناگهانی هم باعث کاویتاسیون خواهد شد.
به همین علت است که در صنایع، کاویتاسیون یکی از عوامل مهم در:
خوردگی مکانیکی
سوراخ شدن فلزات
ترک‌خوردگی
سایش شدید قطعات
محسوب می‌شود.
انواع کاویتاسیون
کاویتاسیون به چند نوع مختلف تقسیم می‌شود که مهم‌ترین آنها عبارتند از:
1. کاویتاسیون بخار (Vapor Cavitation)
شایع‌ترین نوع کاویتاسیون است که در اثر کاهش فشار رخ می‌دهد و معمولاً در پمپ‌ها و هموژنایزرها دیده می‌شود.
2. کاویتاسیون گازی (Gaseous Cavitation)
در این حالت، گازهای محلول در سیال آزاد شده و باعث ایجاد حباب می‌شوند.
3. کاویتاسیون چرخشی (Vortex Cavitation)
در اثر ایجاد گردابه در ورودی پمپ ایجاد شده و خطرناک‌ترین نوع برای تجهیزات است.
نشانه‌های کاویتاسیون در سیستم‌ها
اگر در سیستم شما کاویتاسیون رخ دهد، معمولاً با علائم زیر مواجه می‌شوید:
- صدای شبیه به «سنگ‌ریزه در دستگاه»
- لرزش زیاد
- کاهش راندمان و افت فشار
- افزایش دمای سیال
- آسیب به پروانه و قطعات داخلی
- کاهش کیفیت محصول نهایی
تأثیر کاویتاسیون بر پمپ‌ها
در پمپ‌ها، به‌خصوص پمپ سانتریفیوژ و پمپ‌های صنعتی فشار بالا، کاویتاسیون باعث موارد زیر می‌شود:
- تخریب تدریجی پروانه
- کاهش دبی و فشار خروجی
- صدای بلند و غیرعادی
- افزایش مصرف انرژی
- خرابی زودهنگام پمپ
این مشکلات باعث می‌شود هزینه تعمیر و توقف خط تولید به شدت افزایش یابد.
تأثیر کاویتاسیون در پمپ هموژنایزر
در میکسر و پمپ هموژنایزر صنعتی، اگرچه پدیده کاویتاسیون بصورت کنترل شده برای شکستن ذرات و کوچک کردن اندازه آنها مورد استفاده قرار می‌گیرد. ترکیدن حبابهای ریز هم در هموژنایزر روتور استاتور و هم در هموژنایزر اولتراسونیک به فرآیند همگن شدن کمک می کند. با این وجود کاویتاسیون کنترل نشده، بسیار مضر است و نتایجی مانند موارد زیر به همراه دارد:
عدم یکنواختی در اندازه ذرات
تغییر در بافت و طعم محصول
تولید کف بیش از حد
کاهش پایداری امولسیون
افزایش دمای غیر مطلوب
در صنایع لبنی، دارویی و آرایشی، کنترل دقیق کاویتاسیون یک عامل حیاتی در تضمین کیفیت محصول است. به همین دلیل شکل هندسی پره های روتور و استاتور باید بسیار دقیق طراحی شود.
نتیجه‌گیری نهایی
کاویتاسیون پدیده‌ای عموما خطرناک اما قابل کنترل است. شناخت دقیق آن و استفاده از طراحی و تجهیزات مناسب، می‌تواند از آسیب‌های جدی به پمپ‌ها جلوگیری کند.
با این حال در پمپ هموژنایزر، مقدار کنترل شده ای از کاویتاسیون همیشه باید وجود داشته باشد تا اندازه ذرات و دانه بندی کوچک شود.
