Kavitasyon: Tanım, Mekanizma ve Oluşum Aşamaları

Kavitasyon nedir?

Kavitasyon, sıvının yüksek hızlara ulaştığı yerlerde, örneğin santrifüj pompaları, su türbinleri ve gemi pervanelerinin çalışması sırasında, düşük basınçlı bölgelerde sıvı içinde buhar kabarcıklarının oluşmasıdır. Kavitasyon sözcüğü, etimolojik olarak Latince “çukur, boşluk” anlamına gelen cavitas sözcüğünden gelmektedir. Kavitasyon; gemi pervanelerinde, santrifüj pompalarının çarklarında veya su tesisatlarında boru kesitinin ani olarak büyük ölçüde daraldığı kısımlarda görülebilir.

Kavitasyon mekanizması

Sulu ortamlarda meydana gelen kavitasyonu anlamak için suyun faz diyagramına bakmak gerekir. Su, 1 atmosfer basınç altında 100 °C’de kaynar; başka bir deyişle sıvı fazdan gaz faza geçer. Ancak ortam basıncı azaldığında suyun kaynama noktası da daha düşük sıcaklıklara iner. Dolayısıyla sulu bir sistemde bölgesel basınç, suyun buharlaşma basıncının altına düştüğünde su gaz fazına geçer ve bu sırada hacmini katbekat artırır. Hacmi artmış olan su buharı kabarcığı, örneğin bir yüzeye çarptığında basıncın artmasına bağlı olarak yeniden sıvı hâline dönüşür. Bu durumda, az önce hacmini katbekat artırmış su buharı kabarcığından geriye büyük bir boşluk kalır. Bu boşluk, çevredeki su molekülleri tarafından çok ani bir şekilde doldurulur. İçeri doğru patlama olarak adlandırılan bu şok dalgası, oluşan su jetinin bitişik metalden atomik boyutta küçük parçacıklar koparmasına neden olur ve bu süreç çok hızlı gerçekleşir.

Kavitasyon, akış sistemlerinde beş aşamada oluşur: Birinci aşama basıncın düşmesi, ikinci aşama kabarcık oluşumu, üçüncü aşama kabarcıkların hareketi, dördüncü aşama basıncın artması ve kabarcıkların çökmesi, beşinci aşama ise enerji salınımı ve hasar oluşumudur.

Yukarıda belirtilen mekanizma, milyonlarca kabarcığın sürekli olarak oluşmasına ve patlamasına yol açarak bitişik malzemede kavitasyon hasarına neden olur. Malzeme yüzeyinde öncelikle aşınma meydana gelir ve bu, çok sayıda küçük çukurun oluşmasına yol açar. Ardından yüzey pürüzlülüğü artar ve sonuç olarak malzeme, ekonomik ömründen çok daha önce koparak veya çatlayarak kullanılamaz hâle gelir.

Bu açıklama Vikipedi kaynaklarından uyarlanmıştır ve şu lisans altında sunulur: CC BY-SA 4.0.