Kawitacja to zjawisko fizyczne polegające na powstawaniu i gwałtownym zapadaniu się pęcherzyków pary lub gazu w cieczy. W kosmetologii i medycynie wykorzystuje się ją kontrolowanie, natomiast w pompach i instalacjach przemysłowych może prowadzić do erozji oraz awarii.
Kawitacja – co to jest?
Nazwa pochodzi od łacińskiego cavitas, czyli „jama” lub „pustka”. Do kawitacji dochodzi wtedy, gdy lokalne ciśnienie cieczy spada poniżej ciśnienia nasycenia odpowiadającego jej temperaturze. Ciecz zaczyna wtedy przechodzić w fazę gazową i tworzą się w niej drobne pęcherzyki.
Pęcherzyki przemieszczają się do obszaru o wyższym ciśnieniu, gdzie gwałtownie się zapadają. Ten proces nazywa się implozją. Towarzyszą mu lokalne fale ciśnienia i mikrouderzenia mechaniczne. Właśnie ten sam mechanizm może służyć do oczyszczania powierzchni albo powodować niszczenie elementów pompy.
| Dziedzina | Charakter zjawiska | Przykład |
|---|---|---|
| Kosmetologia | Kontrolowane i wykorzystywane użytkowo | Peeling kawitacyjny do oczyszczania skóry |
| Przemysł | Najczęściej niepożądane i niszczące | Erozja wirnika pompy, hałas i drgania |
| Medycyna | Wykorzystywane do oddziaływania na tkanki lub złogi | Litotrypsja, czyli rozbijanie kamieni |
Na czym polega peeling kawitacyjny?
Peeling kawitacyjny to zabieg kosmetyczny wykorzystujący fale ultradźwiękowe oraz wilgotne środowisko na powierzchni skóry. Drgania w cieczy ułatwiają odrywanie martwych komórek naskórka i usuwanie części zanieczyszczeń z porów. Nie chodzi jednak o to, że same ultradźwięki automatycznie wywołują kawitację w każdych warunkach. Znaczenie mają między innymi częstotliwość i natężenie fal, właściwości cieczy oraz obecność mikropęcherzyków.
Zabieg wykonuje się najczęściej na twarzy, szyi i dekolcie, a w niektórych procedurach także na plecach. Jego celem jest powierzchowne oczyszczenie skóry, usunięcie zrogowaciałego naskórka i ograniczenie nadmiaru sebum. Wibracje mogą też działać jak delikatny mikromasaż, dlatego skóra po zabiegu bywa gładsza i świeższa.
Peeling kawitacyjny jest zwykle bezbolesny i nie wymaga mechanicznego ścierania skóry. Nie oznacza to jednak, że każda osoba może korzystać z niego bez ograniczeń. Przy chorobach skóry, aktywnych stanach zapalnych lub innych przeciwwskazaniach decyzję o zabiegu należy skonsultować ze specjalistą. Częstotliwość zabiegów zależy od stanu skóry i zastosowanej procedury, dlatego nie należy traktować schematu jednej serii jako uniwersalnej reguły.
W kosmetologii kawitacja jest więc narzędziem wykorzystywanym w kontrolowanych warunkach. Efekt oczyszczania wynika z połączenia działania ultradźwięków, wilgotnej powierzchni skóry i pracy głowicy, a nie z samego faktu, że urządzenie wibruje.
Dlaczego kawitacja niszczy pompy?
W hydraulice kawitacja pojawia się zwykle w miejscu, gdzie ciecz przepływa z dużą prędkością, zmienia kierunek albo przechodzi przez przewężenie. Gdy ciśnienie spadnie poniżej poziomu parowania, w cieczy powstają pęcherzyki. Następnie trafiają one do strefy wyższego ciśnienia i gwałtownie implodują.
Jeżeli implozja zachodzi blisko powierzchni wirnika, łopatki lub korpusu pompy, powstają krótkotrwałe, silne uderzenia i fale ciśnienia. Powtarzające się obciążenia wywołują erozję materiału, czyli stopniowe wykruszanie jego powierzchni. Z czasem uszkodzenia mogą obniżyć sprawność urządzenia i doprowadzić do awarii.
Objawy kawitacji w pompie mogą obejmować:
- wyraźny spadek wydajności i pogorszenie parametrów pracy,
- charakterystyczny hałas, szum lub odgłos przypominający uderzenia,
- drgania wynikające z pulsacji ciśnienia i niestabilnego przepływu,
- erozję wirnika oraz innych elementów mających kontakt z cieczą.
W instalacjach przemysłowych kawitacji się nie wykorzystuje, lecz zapobiega jej powstawaniu. Znaczenie ma właściwy dobór pompy, ograniczenie strat ciśnienia, odpowiednia średnica i długość rurociągów oraz unikanie nadmiernej temperatury cieczy. W dokumentacji urządzeń analizuje się między innymi warunki na ssaniu pompy, w tym parametr NPSHA.
W pneumatyce klasyczna kawitacja jest mniej typowa, ponieważ podstawowym medium jest gaz, a nie ciecz. Warunki sprzyjające podobnym zjawiskom mogą jednak pojawić się przy obecności wilgoci, kondensatu lub cieczy technologicznej, a także podczas gwałtownego rozprężania i szybkich zmian przepływu. Dlatego w takich układach znaczenie ma osuszanie sprężonego powietrza i łagodzenie skoków ciśnienia.
Kawitacja w medycynie i stomatologii
Kontrolowane powstawanie i zapadanie się pęcherzyków wykorzystuje się także w wybranych procedurach medycznych. Przykładem jest litotrypsja, czyli rozbijanie kamieni, między innymi w układzie moczowym. Fale oddziałują na złóg, a powstające lokalnie naprężenia ułatwiają jego fragmentację.
Zjawiska kawitacyjne mogą mieć znaczenie również w stomatologii, między innymi podczas pracy urządzeń ultradźwiękowych stosowanych do oczyszczania. Zakres i efekt takiego działania zależą od konkretnego urządzenia, medium oraz parametrów zabiegu. Nie należy utożsamiać każdej pracy ultradźwiękowej głowicy z pełnym efektem kawitacji.
Dotyczy to także szczoteczek sonicznych. Ich działanie opiera się na szybkim ruchu włókien i przenoszeniu drgań przez płyn wokół zębów. Typowa szczoteczka soniczna nie wytwarza jednak warunków potrzebnych do powstania kawitacji w rozumieniu fizycznym. Samo określenie „soniczna” nie oznacza więc, że urządzenie tworzy pęcherzyki pary i wywołuje ich implozję.
Najważniejsze rozróżnienie jest proste: kawitacja zawsze ma ten sam fizyczny rdzeń, ale jej skutek zależy od warunków. W peelingu kawitacyjnym pomaga oczyszczać skórę, w medycynie może wspierać rozbijanie złogów, a w pompie przemysłowej niszczy materiał i obniża sprawność urządzenia.
Treści dotyczące zabiegów kosmetycznych i medycznych mają charakter informacyjny. Przed wykonaniem zabiegu uwzględnij przeciwwskazania i skonsultuj się z wykwalifikowanym specjalistą.
