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ENGLISH
21-10-2025 - Mechanical Systems - Cavitation [EN]-[IT]
With this post, I would like to provide a brief introduction to the topic in question.
(lesson/article code: EX_LZ_47)
Image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot
Introduction
Cavitation is a physical phenomenon affecting hydraulic pumps. Cavitation is a physical phenomenon that occurs when the fluid pressure in a region of the pump drops below the vapor pressure of the fluid itself. This results in the classic formation of vapor bubbles.
This phenomenon should be avoided because these bubbles, when they move to a region of higher pressure, collapse violently (implode), generating small shocks, vibrations, noise, and possible mechanical damage.
Below is a sketch showing a cross-section of a centrifugal pump, with vapor bubbles forming in the low-pressure region.
Image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot
Below, I will discuss the causes of cavitation, its effects, prevention, and the NPSH technical indicator.
Causes of Cavitation
Image created with artificial intelligence, software used: Napkin.ai
Cavitation can be caused by several factors. Below are the 5 main causes.
-Low suction pressure. If the pressure at the pump inlet, i.e., on the suction side, is too low, the fluid can reach vapor pressure.
-High fluid velocity. A flow that flows too quickly can reduce the pressure locally.
-Pump geometry. Poorly designed impellers or obstructions can create low-pressure zones.
-High temperature. A warmer fluid has a higher vapor pressure, facilitating cavitation.
-Pressure drops. Long, narrow pipes, or pipes with restrictive valves can reduce inlet pressure, causing pressure drops.
The effects of cavitation
Cavitation is a phenomenon that should be avoided; its effects are harmful. Below is a list of the effects caused by cavitation.
- Mechanical damage
- Reduced efficiency
- Noise and vibration
- Loss of performance
How to prevent cavitation
To prevent cavitation, we can adopt 5 main measures.
- Increase the suction pressure. To do this, you can reduce the length or diameter of the suction pipes or install the pump at a lower level than the tank.
- Reduce the pump speed. One of the most common actions is precisely this: reducing the RPM reduces the likelihood of cavitation.
- Correct pump selection. Designing a hydraulic system also requires a thorough study of the pump to be used. Pumps with a required Net Positive Suction Head (NPSH) lower than the available NPSH in the system should be used.
- Temperature control. Excessively high fluid temperatures should be avoided.
- Maintenance. Regularly checking impellers, seals, and pipes can prevent blockages or wear that could promote cavitation.
The NPSH Technical Indicator
NPSH stands for Net Positive Suction Head, and we must take into account the required NPSH and the available NPSH.
The required NPSH is usually indicated by the acronym NPSHr.
The available NPSH is usually indicated by the acronym NPSHa.
The required NPSH (NPSHr) is the minimum suction pressure required to avoid cavitation, specified by the pump manufacturer.
The available NPSH (NPSHa) is the actual pressure available in the system. To avoid cavitation, the following must be true: NPSHa > NPSHr.
The non-cavitation condition:
Cavitation arises from local pressures approaching saturation: prevention is summarized by ensuring an NPSH margin.
Essentially, NPSHA greater than NPSHR is the main rule. To achieve this, you can adjust the height/pressure, leaks, temperature, or speed/impeller.
It is important to understand that the NPSH check must be performed at the operating flow rate, because leaks and speed vary with γ.
Conclusions
In hydraulic pumps, cavitation is a physical phenomenon that causes the formation of vapor bubbles. These vapor bubbles always generate negative effects, so cavitation is a phenomenon that must be avoided. Proper design helps prevent this harmful phenomenon from occurring.
Question
Did you know that one of the first theoretical studies on cavitation was conducted by British physicist John William Strutt Rayleigh, who, in 1917, analyzed the collapse of bubbles in a liquid?
Did you know that one of the most famous cavitation-related damages involved the battleship USS Iowa? Did you know that during the battleship's speed tests in the 1940s, it was observed that the propellers suffered severe erosion due to cavitation?
ITALIAN
21-10-2025 - Impianti meccanici - La cavitazione [EN]-[IT]
Con questo post vorrei dare una breve istruzione a riguardo dell’argomento citato in oggetto
(codice lezione/articolo: EX_LZ_47)
immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot
Introduzione
La cavitazione è un fenomeno fisico che riguarda le pompe idrauliche. La cavitazione è in particolare un fenomeno fisico che si verifica quando la pressione del fluido in una zona della pompa scende al di sotto della pressione di vapore del fluido stesso. La conseguenza di tutto ciò è la classica formazione di bolle di vapore.
Questo è un fenomeno da evitare in quanto queste bolle, quando si spostano in una regione a pressione più alta, collassano violentemente (si dice che implodono), generando piccoli urti, vibrazioni, rumore e possibili danni meccanici.
Qui di seguito uno schizzo dove è rappresentata una pompa centrifuga in sezione, con le bolle di vapore che si formano nella zona a bassa pressione.
immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot
Qui di seguito parlerò nello specifico delle cause della cavitazione, degli effetti, della prevenzione e dell’indicatore tecnico NPSH.
Cause della cavitazione
immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Napkin.ai
La cavitazione può essere generata da alcune cause. Qui di seguito sono elencate le 5 cause principali.
-Bassa pressione all'aspirazione. Se la pressione all'ingresso della pompa, cioè nel lato di aspirazione, è troppo bassa, il fluido può raggiungere la pressione di vapore.
-Alta velocità del fluido. Un flusso che scorre troppo velocemente può ridurre localmente la pressione.
-Geometria della pompa. Giranti mal progettate o ostruzioni possono creare zone di bassa pressione.
-Temperatura elevata. Un fluido più caldo ha una pressione di vapore più alta, facilitando la cavitazione.
-Perdite di carico. Tubazioni lunghe, strette o con valvole restrittive possono ridurre la pressione all'ingresso, perché causano perdite di carico.
Gli effetti della cavitazione
La cavitazione è un fenomeno che è il caso di evitare, gli effetti sono dannosi. Qui di seguito un elenco degli effetti prodotti dalla cavitazione.
-Danno meccanico
-Riduzione dell’efficienza
-Rumore e vibrazioni
-Perdita di prestazioni
Come prevenire la cavitazione
Per prevenire la cavitazione possiamo adottare 5 accorgimenti principali.
-Aumentare la pressione di aspirazione. Per fare questo si può ridurre la lunghezza o il diametro delle tubazioni di aspirazione oppure si può installare la pompa a un livello più basso rispetto al serbatoio.
-Ridurre la velocità della pompa. Una delle azioni più classiche è proprio questa, diminuendo i giri, si riduce la probabilità di cavitazione.
-Scelta corretta della pompa. La progettazione di un impianto idraulico richiede anche uno studio corretto sulla pompa da utilizzare. Bisogna utilizzare pompe con un Net Positive Suction Head richiesto inferiore all’NPSH disponibile nell’impianto.
-Controllo della temperatura. Sarebbero da evitare temperature del fluido troppo elevate.
-Manutenzione. Controllare regolarmente giranti, tenute e tubazioni può evitare ostruzioni o usura che possano favorire la cavitazione.
L’indicatore tecnico NPSH
La sigla NPSH sta per Net Positive Suction Head ed dobbiamo tenere conto del NPSH richiesto e del NPSH disponibile.
L’NPSH richiesto è solitamente indicato con la sigla NPSHr
L’NPSH disponibile è solitamente indicato con la sigla NPSHa
L’NPSH richiesto (NPSHr) è la pressione minima necessaria all’aspirazione per evitare la cavitazione, specificata dal costruttore della pompa.
L’NPSH disponibile (NPSHa) è la pressione effettiva disponibile nell’impianto. Per evitare la cavitazione, deve valere: NPSHa > NPSHr.
La condizione di non cavitazione:
La cavitazione nasce da pressioni locali prossime alla saturazione: la prevenzione si riassume nel garantire margine NPSH.
Sostanzialmente NPSHA maggiore di NPSHR è la regola principale. Per ottenere questo si agisce su quota/pressione, perdite, temperatura o su velocità/girante.
Una cosa importante è comprendere che la verifica NPSH va fatta alla portata di esercizio, perché perdite e velocità cambiano con 𝑄.
Conclusioni
Nelle pompe idrauliche, la cavitazione è un fenomeno fisico che causa la formazione di bolle di vapore. Queste bolle vapore generano effetti sempre negativi, quindi la cavitazione è un fenomeno che deve essere evitato. Una corretta progettazione aiuta a far sì che questo fenomeno dannoso non si verifichi.
Domanda
Sapevate che uno dei primi studi teorici sulla cavitazione fu eseguito dal fisico britannico John William Strutt Rayleigh, il quale, nel 1917, analizzò il collasso delle bolle in un liquido?
Sapevate che uno dei danni più famosi recati dalla cavitazione è quello che riguarda la corazzata USS Iowa? Sapevate che durante le prove di velocità della corazzata negli anni ’40, si osservò che le eliche subivano gravi erosioni proprio a causa del fenomeno della cavitazione?
THE END