ปรากฏการณ์ CAVITATION ภัยร้ายต่ออุปกรณ์

สวัสดีครับเพื่อนๆ หลายๆโรงงานมักจะมีการถามเสมอว่า Cavitation (คา-วิ-เต-ชั่น) คืออะไร….แล้วมันสำคัญยังไง วันนี้เพจนายช่างมาแชร์ขอมาเล่าละกันนะครับ

Cavitation effect หรือภาษาไทยที่เราเรียกว่าโพรงอากาศครับ แต่ปรากฏการณ์นี้เป็นปรากฏการณ์ที่มักจะสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์จำพวก ปั้ม (Pump) และ วาล์วควบคุม (Control valve) และอุปกรณ์อื่นๆที่มีส่วนเกี่ยวข้องกับของเหลว ความดัน และอุณหภูมิ.

ซึ่งลักษณะของความเสียหายจะมีลักษณะคล้ายเป็นรูพรุน เหมือนโดนเข็มเจาะด้านล่าง ว่าแต่ เข็มอะไรที่แข็งขนาดเจาะเหล็กได้เลยทีเดียวกันครับ?

แล้วเข็มแหลมๆที่สามารถเจาะเหล็กให้เป็นรูได้ ต้องแข็งขนาดไหนกันครับ เราจะมาอธิบายหลักการทางวิทยาศาสตร์เบื้องต้นกันนะครับ อย่างที่เราทราบว่าการต้มน้ำให้เดือนเราจะมีสองวิธีหลักๆ คือ

1. เพิ่มอุณหภูมิ (อันนี้เหมือนเราต้มน้ำในหม้อน้ำทั่วๆไปครับ)
2. ลดความดัน (ตัวนี้อาจจะไม่ค่อยคุ้น แต่เป็นเหมือนการลดความดัน ที่เปรียบเสมือนแรงกดพื้นผิวของไหลไม่ให้กลายตัวเป็นไอครับ การลดความดันก็มีหลายแบบอาจใช้ vacuum pump ซึ่งคล้ายๆกับเราเอาหลอดดูดของเหลวนี้แหละครับ)

การเกิดของ Cavitation

Cavitation คือ การเกิดโพรงอากาศในของเหลว จะเกิดขึ้นเมื่อแรงดันในของเหลวที่อุณหภูมิคงที่ลดลงต่ำกว่าจุดแรงดันไอน้ำอิ่มตัว (จุดเดือด) และเกิดการเดือดเป็นไอ จากนั้นของเหลวที่กลายเป็นไอกลับกลายเป็นของเหลวอีกครั้งครับ (ซึ่งความดันที่เปลี่ยนไปอาจจะเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของความเร็วตามหลักการณ์ของสมการของแบร์นูลลี หรือ Bernoulli’s equation)

ซึ่งเข็มที่เราได้กล่าวมาเกิดจากการที่ช่วงของเหลวเป็นไอ และกลับกลายเป็นของเหลว จะเกิดปรากฏการณ์ที่เราเรียกว่า “Single cavitation bubble”

ถ้าให้อธิบายง่ายๆคือ การที่หยดของเหลวเกิดการยุบตัว โดยหยดของเหลวมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 3.3 mm แล้วส่วนหนึ่งกลายสภาพเป็นของเหลวที่เป็นก๊าซแล้ว จะเกิด Shear flow ทำให้ดูดก๊าซเกิดเป็นปรากฏการณ์ microjet พุ่งเข้าทำลายเนื้อชิ้นงานเกิดเป็นความเสียหายแบบรูพรุน (Pitting)

สำหรับตัวอย่างขอยกอุปกรณ์ปั้มมานะครับ ในกรณีของปั้มการที่จะเกิด Cavitation ได้ จะเกิดจากการที่ความดันด้านขาดูดไม่เพียงพอต่อปั้มต้องการ หรือ (NPSHa < NPSHr); NPSH = Net Possitive Suction Head

โดยหากเราสังเกตุทิศทางเข้าของปั้มจะพบว่าช่วงขาดูดปั้มจะเกิดการลดลงของความดันของของเหลว หากความดันที่ถูกดูดลดลง (Suction pressure)น้อยกว่าความดันไอ (Vapor pressure) สถานะของของเหลวจะถูกเปลี่ยนเป็นก๊าซ

แล้วเมื่อของเหลววิ่งเข้าไปในตัวปั้มเรื่อยๆ ปั้มจะสร้างความดันกลับมา ของเหลวในสถานะก๊าซจะกลับไปเป็นของเหลวอีกครั้ง และเกิด Cavitation effect เข้าไปทำลายชิ้นส่วนด้านในอุปกรณ์ของตัวปั้มและมีความเสียหายเป็นรูพรุน

ดังนั้นในการป้องกันไม่ให้เกิดเหตุการณ์ดังกล่าว ปั้มจะต้องมีความดันด้านขาดูดที่มากกว่าความดันที่ปั้มต้องการ เช่น ระยะความสูงของถังน้ำ ความดันภายในถัง เป็นต้น

ไม่ใช่แค่ปั้มที่เกิด Cavitation

ในกรณีที่พบได้บ่อยอาจจะเป็นกรณีวาล์วในการที่วาล์วถูกหรี่มากๆ เกินกว่าที่ออกแบบจะทำให้ของเหลวที่ผ่านหน้าวาล์วมีความเร็วสูง เมื่อของเหลววิ่งผ่านด้วยความเร็วสูง ความดันก็จะลด และทำให้เกิดการเปลี่ยนสถานะกลายเป็นไอ และเมื่อผ่านหน้าวาล์วไปความเร็วลดลงความดันเพิ่มขึ้นก็กลับมาเป็นของเหลวอีกครั้งทำให้เกิด Cavitation effect ทำให้ด้านในวาล์วเกิดความเสียหายครับ

ในกรณีที่พบได้บ่อยอาจจะเป็นกรณีวาล์วในการที่วาล์วถูกหรี่มากๆ เกินกว่าที่ออกแบบจะทำให้ของเหลวที่ผ่านหน้าวาล์วมีความเร็วสูง เมื่อของเหลววิ่งผ่านด้วยความเร็วสูง ความดันก็จะลด และทำให้เกิดการเปลี่ยนสถานะกลายเป็นไอ และเมื่อผ่านหน้าวาล์วไปความเร็วลดลงความดันเพิ่มขึ้นก็กลับมาเป็นของเหลวอีกครั้งทำให้เกิด Cavitation effect ทำให้ด้านในวาล์วเกิดความเสียหายครับ

จบกันไปสำหรับ Cavitation effect นะครับ หากเพื่อนๆสงสัย หรือมีคำถามสามารถ inbox เข้ามาถามในเพจนายช่างมาแชร์ได้โดยตรงเลยนะครับ แล้วพบกับสาระดีๆได้ในโพสถัดๆไปกันนะครับ

แล้วพบกับสาระดีๆแบบนี้ทางด้านงานช่าง งานวิศวกรรม และอุตสาหกรรมได้ที่ นายช่างมาแชร์ นะครับ

Website: www.naichangmashare.com
Facebook: https://www.facebook.com/naichangmashare/
Youtube: https://www.youtube.com/channel/UCmIPiSeg-uy4k8JYSmknp_g
Instragram: https://www.instagram.com/naichangmashare/
Twitter: https://twitter.com/naichangmashare

#นายช่างมาแชร์ #Cavitation #Pump #Valve