Prinsip Dasar Pompa Sentrifugal: Kavitasi

Jenis kavitasi pada pompa sentrifugal

Untuk mengurangi atau mencegah kavitasi pada pompa sentrifugal, penting untuk memahami berbagai jenis kavitasi yang dapat terjadi. Jenis-jenis tersebut antara lain:

1. Kavitasi penguapan. Juga dikenal sebagai "kavitasi tipikal" atau "Kavitasi Defisiensi Kepala Hisap Positif Bersih (NPSHa)", ini adalah jenis kavitasi yang paling umum. Pompa sentrifugal meningkatkan kecepatan fluida saat ditarik melalui lubang impeler. Peningkatan kecepatan sama dengan penurunan tekanan fluida. Penurunan tekanan dapat menyebabkan sebagian cairan mendidih (menguap) dan membentuk gelembung uap, yang pecah dengan hebat ketika mencapai area bertekanan tinggi dan menimbulkan gelombang kejut kecil.

 

2. Kavitasi turbulen. Bagian seperti siku, katup, filter, dll. dalam sistem perpipaan mungkin tidak sesuai dengan volume atau sifat cairan yang dipompa, yang dapat menimbulkan arus eddy, turbulensi, dan perbedaan tekanan di seluruh cairan. Jika fenomena tersebut muncul pada pintu masuk pompa, maka akan langsung mengikis bagian dalam pompa atau menyebabkan cairan menguap.

 

3. Kavitasi sindrom daun. Juga dikenal sebagai "blade through syndrome", jenis kavitasi ini terjadi ketika diameter impeler terlalu besar atau lapisan dalam rumah pompa terlalu tebal/diameter dalam rumah pompa terlalu kecil. Salah satu atau kedua kondisi ini akan mengurangi ruang (kebebasan) pada rumah pompa di bawah tingkat yang dapat diterima. Pengurangan jarak bebas pada rumah pompa mengakibatkan peningkatan laju aliran fluida, sehingga mengakibatkan penurunan tekanan. Tekanan yang berkurang dapat menyebabkan cairan menguap, menghasilkan gelembung kavitasi.

 

4. Kavitasi resirkulasi internal. Ketika pompa tidak mampu mengeluarkan fluida pada laju aliran yang diinginkan, hal ini menyebabkan sebagian atau seluruh fluida bersirkulasi kembali di sekitar impeler. Fluida yang disirkulasikan melewati daerah bertekanan rendah dan bertekanan tinggi sehingga menghasilkan panas, kecepatan tinggi, dan terbentuknya gelembung-gelembung penguapan. Penyebab umum dari resirkulasi internal adalah menjalankan pompa ketika katup keluar pompa ditutup (atau dengan laju aliran rendah -).

 

5. Masuknya udara dengan kavitasi. Udara dapat masuk ke dalam pompa melalui katup yang rusak atau konektor yang longgar. Begitu berada di dalam pompa, udara akan mengalir bersama fluida. Pergerakan fluida dan udara dapat membentuk gelembung-gelembung yang “meledak” bila terkena peningkatan tekanan impeler pompa.

 

Faktor penyebab kavitasi

NPSH, NPSHa, dan NPSHr

NPSH merupakan faktor kunci untuk mencegah kavitasi pada pompa sentrifugal. NPSH adalah perbedaan antara tekanan hisap aktual dan tekanan uap fluida, diukur pada saluran masuk pompa. Nilai NPSH harus tinggi untuk mencegah cairan menguap di dalam pompa. NPSHa adalah NPSH aktual dalam kondisi pengoperasian pompa. Head hisap positif bersih (NPSHr) yang diperlukan adalah NPSH minimum yang ditentukan oleh produsen pompa untuk menghindari kavitasi. NPSHa adalah fungsi detail pemasangan dan pengoperasian pipa hisap dan pompa. NPSHr merupakan fungsi desain pompa dan nilainya ditentukan oleh pengujian pompa. NPSHr menunjukkan head yang tersedia dalam kondisi pengujian, dan biasanya mengambil penurunan head pompa sebesar 3% (untuk pompa multistage, head impeller head) sebagai dasar untuk identifikasi kavitasi. NPSHa harus selalu lebih besar dari NPSHr untuk menghindari kavitasi.

Entrainment udara dan perannya dalam kavitasi
Ketika udara memasuki saluran hisap pompa, terjadi pemasukan udara, yang mengakibatkan peningkatan risiko kavitasi. Hal ini dapat terjadi karena pengisian pompa yang tidak tepat, kebocoran pada saluran hisap, dan aliran eddy atau turbulen pada saluran hisap. Udara dalam cairan membentuk gelembung-gelembung kecil yang, dalam kondisi tekanan di dalam pompa, dapat berkontribusi atau memperburuk proses kavitasi. Mengurangi masuknya udara adalah kunci untuk meminimalkan risiko kavitasi. Hal ini dapat dicapai dengan memenuhi persyaratan perendaman minimum, memastikan penyegelan sambungan pipa yang tepat, menjaga NPSHa yang memadai, dan menghindari turbulensi pada saluran masuk pompa.

 

Analisis kurva pompa dan sistem terkait risiko kavitasi

 

Analisis kurva pompa dan sistem merupakan alat penting untuk memahami dan mengurangi risiko kavitasi. Perpotongan antara kurva pompa dan sistem menggambarkan kinerja aliran, head, dan efisiensi pompa dalam kondisi sistem yang berbeda. Dengan menganalisis kurva pompa dan sistem, operator dapat menentukan rentang pengoperasian pompa yang optimal dan menghindari area yang diketahui menyebabkan kavitasi. Area ini mencakup situasi di mana laju aliran sangat tinggi atau kepala isap sangat rendah. Perhatian khusus harus diberikan pada titik aliran minimum, karena pengoperasian di bawah kecepatan ini akan sangat meningkatkan risiko kavitasi. Penggunaan kurva pompa yang tepat membantu mengambil keputusan tentang pemilihan pompa, kecepatan pengoperasian, dan tindakan pencegahan yang diperlukan untuk meminimalkan kavitasi pada pompa sentrifugal.

 

Strategi untuk mengurangi kavitasi

Naikkan NPSHa untuk mencegah kavitasi
Memastikan bahwa NPSHa lebih besar dari NPSHr sangat penting untuk menghindari kavitasi. Hal ini dapat dilakukan dengan:

1. Kurangi ketinggian pompa relatif terhadap reservoir/tangki hisap. Dapat menambah ketinggian pada reservoir/kolam hisap, atau mengurangi ketinggian pemasangan pompa. Hal ini meningkatkan NPSHa di saluran masuk pompa.

 

2. Tingkatkan diameter pipa hisap. Hal ini mengurangi kecepatan fluida pada laju aliran yang konstan, sehingga mengurangi kerugian kepala isap untuk pipa dan alat kelengkapan.

 

3. Mengurangi hilangnya aksesori kepala. Kurangi jumlah sambungan pada saluran hisap pompa. Gunakan aksesori seperti tikungan radius panjang, katup berdiameter penuh, dan pipa pengurang lancip untuk membantu mengurangi hilangnya kepala hisap yang disebabkan oleh sambungan pipa.

 

4. Sebisa mungkin hindari pemasangan filter dan penyaring pada saluran hisap pompa, karena biasanya menyebabkan kavitasi pada pompa sentrifugal. Jika hal ini tidak dapat dihindari, pastikan filter dan filter pada saluran hisap pompa diperiksa dan dibersihkan secara rutin.

 

5. Dinginkan cairan yang dipompa untuk mengurangi tekanan uapnya.

 

Pelajari tentang margin NPSH untuk mencegah kavitasi

Margin NPSH adalah selisih antara NPSHa dan NPSHr. Margin NPSH yang besar mengurangi risiko kavitasi karena memberikan faktor keamanan yang mencegah NPSHa turun di bawah tingkat operasi normal akibat fluktuasi kondisi operasi. Faktor-faktor yang mempengaruhi margin NPSH antara lain karakteristik fluida, kecepatan pompa, dan kondisi hisapan. Insinyur harus menghitung dan memaksimalkan margin ini selama tahap desain dan perencanaan operasional untuk memastikan kinerja pompa yang andal dan meminimalkan risiko kavitasi. Pemantauan dan penyesuaian rutin berdasarkan data operasional real-time membantu menjaga margin NPSH yang efektif.

 

Pertahankan aliran pompa minimum

Memastikan bahwa pompa sentrifugal beroperasi di atas laju aliran minimum yang ditentukan sangat penting untuk mengurangi kavitasi. Pompa sentrifugal yang beroperasi di bawah kisaran aliran optimalnya (area kerja yang diijinkan) meningkatkan kemungkinan terbentuknya zona bertekanan rendah, yang dapat menyebabkan kavitasi. Setiap pompa sentrifugal mempunyai kurva karakteristik pompa yang menunjukkan laju aliran minimum yang diperlukan untuk mencegah masalah pengoperasian seperti kavitasi. Aliran minimum ini dapat dipertahankan dengan menggunakan metode kontrol aliran seperti jalur bypass, katup kontrol, atau pompa berkecepatan variabel. Hal ini sangat penting terutama selama fase start-up atau shutdown, ketika kebutuhan pompa berubah.

 

Pertimbangan desain impeller untuk mengurangi kavitasi

Desain impeler berperan penting dalam menentukan apakah pompa sentrifugal rentan terhadap kavitasi. Impeler dengan bilah yang lebih sedikit dan lebih besar cenderung mempercepat fluida lebih sedikit, sehingga mengurangi risiko kavitasi. Selain itu, impeler dengan diameter saluran masuk yang besar atau bilah yang meruncing membantu mengatur aliran cairan dengan lebih lancar, meminimalkan turbulensi dan pembentukan gelembung. Masa pakai impeler dan pompa dapat diperpanjang dengan menggunakan bahan yang tahan terhadap kerusakan kavitasi.

Gunakan perangkat anti-kavitasi

Perangkat pencegah kavitasi, seperti aksesori pengatur aliran atau lapisan penekan kavitasi, dapat secara efektif mengurangi kavitasi. Peran perangkat ini adalah untuk mengontrol dinamika fluida di sekitar impeller, memberikan aliran yang lebih stabil dan mengurangi turbulensi serta area bertekanan rendah yang menyebabkan kavitasi. Penyearah aliran dapat digunakan untuk mengurangi vortisitas dalam fluida dan memperbaiki kondisi saluran masuk pompa. Lapisan penekan kavitasi memecah gelembung sebelum meledak, melindungi impeler dan rumah pompa dari kerusakan.

 

Pentingnya menentukan ukuran pompa dengan benar untuk mencegah kavitasi

Memilih jenis pompa yang tepat dan menentukan ukuran yang tepat untuk aplikasi tertentu sangat penting untuk mencegah kavitasi. Pompa berukuran besar mungkin beroperasi kurang efisien pada laju aliran yang lebih rendah, sehingga menyebabkan peningkatan risiko kavitasi, sedangkan pompa berukuran kecil mungkin perlu bekerja lebih keras untuk memenuhi kebutuhan aliran, yang juga meningkatkan kemungkinan terjadinya kavitasi. Pemilihan pompa yang tepat mencakup analisis rinci mengenai kebutuhan aliran maksimum, normal dan minimum, karakteristik fluida dan tata letak sistem untuk memastikan bahwa pompa beroperasi dalam rentang operasi yang ditentukan. Pemilihan yang akurat mencegah kavitasi dan meningkatkan efisiensi dan keandalan pompa sepanjang siklus hidupnya. Kavitasi pada pompa sentrifugal dapat mempengaruhi efisiensi dan memperpendek umur pemakaian dengan merusak komponen-komponen penting. Menerapkan strategi yang dibahas, seperti mengoptimalkan desain dan pemilihan pompa, mempertahankan laju aliran yang sesuai, dan memastikan margin NPSH yang memadai, akan mengurangi risiko kavitasi secara signifikan. Pemantauan dan pemeliharaan rutin memastikan pompa beroperasi dalam kondisi optimal, sehingga meningkatkan masa pakai dan keandalan berbagai aplikasi. Dengan mengambil tindakan proaktif, peralatan dapat meningkatkan kinerja dan menghindari kerusakan yang merugikan serta bahaya yang disebabkan oleh kavitasi.