Comment et pourquoi prévenir la cavitation dans les systèmes de tuyauterie

La cavitation est un sujet brûlant pour les ingénieurs, les professionnels de la maintenance et tous ceux qui travaillent avec des systèmes de pompage, et pour cause. Cette condition a des causes compliquées et difficiles à identifier, et ses effets peuvent être dévastateurs pour l'équipement, l'intégrité du système et les opérations globales.

La prévention de la cavitation est un effort de toute l'équipe lorsqu'il s'agit de systèmes fonctionnant avec des pompes centrifuges. Cela commence par la conception du système et les calculs autour de la tête d'aspiration positive nette (NPSH) avant même que le système ne soit construit. La sélection de la pompe, la température du fluide et l'inclusion de composants de protection sont tous des facteurs qui peuvent protéger contre la cavitation dans un système.

Du point de vue d'un observateur extérieur, la cavitation peut souvent être détectée simplement en écoutant un système. Cela peut sembler presque comme si le liquide d'un système était en ébullition. Les sons rapides et répétitifs des bulles qui éclatent sont un signe certain que quelque chose ne va pas avec votre système de tuyauterie. Certains auditeurs ont décrit la cavitation comme ressemblant à des grains de café ou à du gravier dans le système.

Mais que se passe-t-il réellement à l'intérieur du système pour provoquer ce bruit ? La cavitation est la formation et l'implosion rapides de poches de vapeur à l'intérieur d'un fluide pompé. Les implosions créent des ondes de choc qui traversent le fluide et endommagent l'équipement.

Le processus de cavitation peut faire des ravages sur les composants sensibles et hautement techniques des systèmes de tuyauterie. Les turbines de pompe, le carter, la tuyauterie et d'autres équipements peuvent subir des piqûres, de l'érosion ou d'autres dommages qui empêchent ces composants de fonctionner correctement. Ces dommages peuvent également raccourcir la durée de vie des composants individuels du système et du système dans son ensemble.

La cavitation est beaucoup plus probable dans certains systèmes que dans d'autres. Les systèmes qui pompent des liquides, plutôt que des boues, présentent un risque plus élevé de cavitation. Les fluides du système plus fluides, tels que l'eau, rendent également les systèmes plus susceptibles de faire face à la cavitation. Les applications avec des fluides pompés à des températures plus élevées doivent également prendre davantage de mesures pour éviter la cavitation.

Pour comprendre la cavitation, le point de départ le plus simple est l'un des concepts de cuisson les plus élémentaires : l'eau bouillante. Lorsque nous faisons bouillir de l'eau dans la cuisine, tout est une question de chaleur. L'eau doit être chauffée à 212 F (100 C) pour bouillir.

Mais chauffer à cette température précise n'est pas le seul moyen de provoquer la vaporisation rapide que nous appelons l'ébullition. Alors que 212 F est le point d'ébullition couramment utilisé en cuisine, scientifiquement, un point d'ébullition est la température à laquelle la pression de vapeur d'un liquide est égale à la pression entourant le liquide.

Qu'un cuisinier à domicile ou un chef professionnel soit à la cuisinière, il est peu probable que la pression de vapeur d'un liquide soit manipulée dans un environnement de cuisine. C'est pourquoi la métrique 212 F est utilisée de manière relativement universelle (bien que les cuisines à très haute altitude soient affectées par les changements de pression de l'eau et puissent utiliser différents points d'ébullition).

Dans les systèmes industriels, la pression des fluides change tout au long des étapes du processus de pompage. Le plus souvent, le fluide subit de grands changements de pression à l'intérieur de la pompe. Lorsque le fluide est aspiré, il est rapidement mis sous pression, puis subit une chute de pression importante lorsqu'il sort de la roue et se déplace vers la sortie de la pompe. Cette pression changeant rapidement peut affecter le point d'ébullition du fluide et créer un environnement idéal pour que la cavitation se produise.

Une nuance importante de la cavitation est le fait que les poches de vapeur implosent pendant le processus. Ces implosions envoient de fortes ondes de choc à travers le fluide pompé qui peuvent endommager les composants du système. Ces ondes de choc peuvent éroder ou provoquer des cratères dans les roues de pompe ou les corps de pompe, mais aussi dans la tuyauterie ou toute autre partie du système.

Bien que la section de sortie d'une pompe soit l'endroit le plus courant où la cavitation se produit, cela est techniquement possible dans n'importe quelle partie d'un système avec une chute de pression importante. Étant donné que les systèmes comportent souvent de nombreuses zones de mouvement de fluide très rapide, la cavitation peut être un problème dans plusieurs parties du système.

Bien sûr, les opérateurs de système veulent protéger l'investissement qu'ils ont fait dans leur équipement. Les pompes et autres composants hautement techniques ou sur mesure ont des calendriers d'entretien et de réparation stricts pour les maintenir en parfait état de fonctionnement. La dernière chose que les opérateurs veulent, c'est que le système fonctionne dans un état qui endommage activement l'équipement.

La cavitation peut provoquer des piqûres ou l'enlèvement de matière dans les roues ou les corps de pompe. La modification de la surface du composant entraîne des performances sous-optimales de l'ensemble du système. La roue ou le carter devra être remplacé beaucoup plus rapidement que prévu par son calendrier.

Un autre danger de ce type de dommage est que l'enlèvement de matière du composant de la pompe signifie que la matière peut pénétrer dans le fluide pompé. Selon le système, il pourrait être préjudiciable au produit d'avoir même de petites quantités de matériau de construction d'une pompe dans le fluide.

La prévention de la cavitation commence dans les phases de planification d'un système. Les calculs NPSH peuvent aider à s'assurer qu'un système n'a jamais l'occasion de subir de cavitation. Les pompes ont toutes une quantité définie de NPSH requis (NPSHr), de sorte que le système doit toujours avoir un niveau de NPSH disponible (NPSHa) qui dépasse le NPSHr. Les fabricants de pompes fournissent le NPSHr pour chaque pompe, afin que les concepteurs de systèmes puissent en tenir compte lors du processus de sélection de l'équipement.

Les systèmes peuvent également être conçus en gardant à l'esprit le contrôle de la température. Plus un fluide est froid, moins il est susceptible d'atteindre son point d'ébullition, même si ce point d'ébullition est abaissé par des changements de pression. Le pompage de fluides plus froids peut aider à prévenir les problèmes de cavitation dans un système.

Modèle RC-231

Certains types d'équipement peuvent également aider un système à éviter la cavitation et d'autres conditions indésirables. Même les systèmes les plus soigneusement conçus peuvent rencontrer des problèmes inattendus dans les opérations du monde réel. Lorsque les choses ne se passent pas comme prévu, les professionnels de la maintenance et les ingénieurs ont besoin d'options pour pouvoir éviter certains des dommages majeurs que la cavitation peut causer.

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Modèle RE-231

Certains des avantages des joints de dilatation incluent :

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