Cavitazione Idrodinamica - Cavibeer

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Cavitazione Idrodinamica

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Cos’è la cavitazione idrodinamica in termini comprensibili?
 
La cavitazione idrodinamica si manifesta nella “bollitura” dell’acqua o di qualsiasi altro liquido a temperature molto più basse rispetto alla normale temperatura di ebollizione a parità di pressione, per esempio 100 gradi nel caso dell’acqua. Le “bolle di cavitazione” si formano nel liquido in conseguenza di depressioni localizzate, dovute per esempio a onde acustiche nel campo degli ultrasuoni – allora si parlerà di cavitazione acustica o sonocavitazione – oppure alla circolazione del liquido attraverso strozzature, quali piastre forate o tubi Venturi, dove, accelerando, il liquido stesso subisce una repentina depressione. In quest’ultimo caso si parla di cavitazione meccanica.
 
In ogni caso, le cavità, generalmente piene di vapore, ma in casi estremi anche di plasma (gas di cariche elettriche) o perfino vuote, trascinate dal moto del liquido, non appena incontrano una zona di pressione normale (pochi millisecondi dopo la loro generazione), collassano, cioè implodono, violentemente, dando luogo a micro-ambienti veramente estremi, sebbene di dimensioni poco superiori a quelle molecolari: temperature fino a decine di migliaia di gradi, onde di pressione fino a migliaia di atmosfere e getti liquidi fino a centinaia di metri al secondo, nonché fenomeni più “esotici” come impulsi luminosi ad alta frequenza, o perfino la scissione delle molecole d’acqua. Tutti fenomeni non rilevabili alla scala macroscopica, ma tali da innescare o accelerare taluni processi fisico-chimici.
 
Fino a pochissimi decenni fa, la cavitazione idrodinamica era conosciuta soltanto come un fenomeno dannoso, per esempio per le eliche delle imbarcazioni, per le turbine idroelettriche e per le giranti delle pompe centrifughe. Da un trentennio a questa parte, però, la scienza è riuscita a domare il fenomeno, a controllare la cavitazione sia acustica che meccanica, in modo da evitare danni strutturali e, invece, sfruttare le estreme concentrazioni locali di energia in vari modi, per esempio per disintegrare e polverizzare sostanze solide attraverso i fenomeni meccanici (onde di pressione e getti) e termici (micro-pirolisi), oppure per ossidare, degradare e mineralizzare inquinanti organici, portando a una nuova classe di tecnologie per depurare le acque. Le applicazioni della cavitazione idrodinamica sono però molto più ampie, per esempio la creazione di nanomateriali e di nanoemulsioni ultra-stabili di olio in acqua, la pastorizzazione e la sterilizzazione di liquidi alimentari, l’aumento sensibile dell’attività antiossidante di varie sostanze alimentari.
 
È stato scoperto che i metodi meccanici per controllare la cavitazione idrodinamica sono di gran lunga più efficienti e scalabili fino al livello di impianti industriali, rispetto a qualsiasi altro metodo, incluso quello acustico. Nell’ambito dei metodi meccanici, quindi, si è scoperto che tre sono gli elementi determinanti per ottenere virtualmente qualsiasi regime di cavitazione idrodinamica: la pressione a monte della strozzatura, controllabile mediante il tipo e il regime della pompa centrifuga che circola il liquido, la geometria della strozzatura, per esempio numero, diametro e forma dei fori in una piastra, oppure angoli, sezioni e forma dei tubi Venturi, infine la pressione a valle della strozzatura, regolabile per mezzo di vasi di espansione o valvole di rilascio della pressione.
 
                                               
 
Differenti regimi di cavitazione ottenibili in un tubo Venturi, in funzione della pressione P2 imposta a valle della strozzatura, a parità di pressione della pompa a monte (0.6 MPa). Riprodotta da (Soyama et al., 2016. link articolo...).
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Si è scoperto anche che l’impiego di tecnologie di cavitazione idrodinamica, nei processi in cui si è rivelata applicabile, conduce a importantissimi aumenti di efficienza energetica, fino a un ordine di grandezza o anche di più, grazie all’accelerazione di fasi fondamentali dei medesimi processi e al miglioramento dei prodotti finali.  
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