Banyak pemahaman mengenai Kavitasi ini tetapi coba kita pelajari bersama, kalau menurut salah satu artikel yang saya baca dan copy pengertian Kavitasinya sebagai beriut :Kavitasi
adalah fenomena perubahan phase uap dari zat cair yang sedang mengalir, karena
tekanannya berkurang hingga di bawah tekanan uap jenuhnya. Pada pompa bagian
yang sering mengalami kavitasi adalah sisi isap pompa. Hal ini terjadi jika
tekanan isap pompa terlalu rendah hingga dibawah tekanan uap jenuhnya, hal ini
dapat menyebabkan :
- Suara
berisik, getaran atau kerusakan komponen pompa tatkala gelembung-gelembung
fluida tersebut pecah ketika melalui daerah yang lebih tinggi tekanannya
- Kapasitas
pompa menjadi berkurang
- Pompa
tidak mampu membangkitkan head (tekanan)
- Berkurangnya
efisiensi pompa.
Secara
umum, terjadinya kavitasi diklasifikasikan atas 5 alasan dasar :
1. Vaporisation -
Penguapan.
Fluida
menguap bila tekanannya menjadi sangat rendah atau temperaturnya menjadi sangat
tinggi. Setiap pompa sentrifugal memerlukan head(tekanan) pada sisi isap untuk
mencegah penguapan. Tekanan yang diperlukan ini, disiapkan oleh pabrik pembuat
pompa dan dihitung berdasarkan asumsi bahwa air yang dipompakan adalah 'fresh
water' pada suhu 68oF. Dan ini disebut Net Positive Suction Head
Available (NPSHA)
Karena
ada pengurangan tekanan (head losses) pada sisi suction( karena adanya valve,
elbow, reduser, dll), maka kita harus menghitung head total pada sisi suction
dan biasa disebut Net Positive Suction Head is Required (NPSHR).
Nah
nilai keduanya mempengaruhi terjadinya penguapan, maka untuk mencegah
penguapan, syaratnya adalah :
NPSHA
- Vp ≥ NPSHR
Dimana Vp : Vapor pressure
fluida yang dipompa.
Dengan
kata lain untuk memelihara supaya vaporization tidak terjadi maka kita harus
melakukan hal berikut :
1. Menambah Suction head,
dengan :
- Menambah level liquid
di tangki.
- Meninggikan tangki.
- Memberi tekanan
tangki.
- Menurunkan posisi
pompa(untuk pompa portable).
- Mengurangi
head losses pada suction piping system. Misalnya dengan mengurangi jumlah
fitting, membersihkan striner, cek mungkin venting tangki tertutup) atau
bertambahnya speed pompa.
2. Mengurangi Tempertur
fluida, dengan :
- Mendinginkan suction
dengan fluida pendingin
- Mengisolasi suction
pompa
- Mencegah naiknya
temperature dari bypass system dari pipa discharge.
3. Mengurangi NPSHR,
dengan :
- Gunakan
double suction. Ini bias mengurangi NPSHR sekitar 25 % dan dalam beberapa
kasus memungkinkan penambahan speed pompa sebesar 40 %.
- Gunakan pompa dengan
speed yang lebih rendah.
- Gunakan impeller pompa
yang memiliki bukaan 'lobang' (eye) yang lebih besar.
- Install Induser, dapat
mereduksi NPSHR sampai 50 %.
- Gunakan
pompa yang lebih kecil. Menggunakan 3 buah pompa kecil dengan ukuran
kapasitas separuhnya, hitungannya lebih murah dari pada menggunakan pompa
besar dan spare-nya. Lagi pula dapat menghemat energy.
KAVITASI PADA
POMPA (II)
Pada
bagian pertama tulisan yang lalu, kita telah mengenal apa itu kavitasi, efek
yang ditimbulkannya dan klasifikasi kavitasi,yaitu :
1. Vaporisation -
Penguapan.
Selanjutnya kita kaji
secara singkat klasifikasi yang kedua
2. Air
Ingestion - Masuknya Udara Luar ke Dalam System
Pompa sentrifugal
hanya mampu meng'handle' 0.5% udara dari total volume. Lebih dari 6% udara,
akibatnya bisa sangat berbahaya, dapat merusak komponen pompa.
Udara dapat masuk ke dalam
system melalui beberapa sebab, antara lain :
- Dari
packing stuffing box (Bagian A - Lihat Gambar). Ini terjadi, jika
pompa dari kondensor, evaporator atau peralatan lainnya bekerja pada
kondisi vakum.
- Letak
valve di atas garis permukaan air (water line).
- Flens
(sambungan pipa) yang bocor.
- Tarikan
udara melalui pusaran cairan (vortexing fluid).
- Jika
'bypass line' letaknya terlalu dekat dengan sisi isap, hal ini akan
menambah suhu udara pada sisi isap.
- Berkurangnya
fluida pada sisi isap, hal ini dapat terjadi jika level cairan terlalu
rendah.
Vortexing Fluida
Keduanya,
baik penguapan maupun masuknya udara ke dalam system berpengaruh besar terhadap
kinerja pompa yaitu pada saat gelembung-gelembung udara itu pecah ketika
melewati 'eye impeller'(Bagian G - Lihat Gambar) sampai pada sisi keluar
(Sisi dengan tekanan yang lebih tinggi). Terkadang, dalam beberapa kasus dapat
merusak impeller atau casing. Pengaruh terbesar dari adanya jebakan udara ini
adalah berkurangnya kapasitas pompa.
3.
Internal Recirculation - Sirkulasi Balik di dalam System
Kondisi
ini dapat terlihat pada sudut terluar (leading edge) impeller, dekat dengan
diameter luar, berputar balik ke bagian tengah kipas. Ia dapat juga terjadi
pada sisi awal isap pompa.
Efek
putaran balik ini dapat menambah kecepatannya sampai ia menguap dan kemudian
'pecah' ketika melalui tempat yang tekanannya lebih tinggi. Ini selalu terjadi
pada pompa dengan NPSHA yang rendah. Untuk mengatasi hal tersebut, kita harus
tahu nilai Suction Spesific Speed , yang dapat digunakan untuk
mengontrol pompa saat beroperasi, berapa nilai terdekat yang teraman terhadap nilai
BEP(Best Efficiency Point) pompa yang harus diambil untuk mencegah
terjadinya masalah.
Nilai Suction
Spesific Speed yang diijinkan adalah antara 3.000 sampai 20.000. Rumus yang
dipakai adalah :
Dimana :
rpm
= Kecepatan Pompa
Capacity
= Gallons per menit, atau liters per detik dari
impeller terbesar pada nilai BEP(Best Efficiency Point) -nya.
Head
= Net Positive Suction Head is Required (feet atau meter)pada nilai rpm-nya.
Catatan penting :
- Untuk pompa double
suction, kapasitas dibagi 2 karena ada 2 impeller eyes.
- Ideal
untuk 'membeli' pompa dengan nilai Suction Spesific Speed kurang
dari 8500(5200 metrik) kecuali untuk kondisi yang ekstrim.
- Mixed
Hydrocarbon dan air panas idealnya pada 9000 ÷ 12000 (5500÷7300 metric)
atau lebih tinggi, lebih bagus.
- Nilai
Suction Spesific Speed yang tinggi menandakan impeller eye-nya
lebih besar dari biasanya dan biasanya nilai efisiensinya disesuaikan
dengan nilai NPSHR yang rendah.
- Lebih
tinggi nilai Suction Spesific Speed memerlukan desain khusus,
operasinya memungkinkan adanya kavitasi.
- Biasanya,
pompa yang beroperasi dibawah 50% dari nilai BEP-nya tidak reliable.
Jika
kita memakai open impeller, kita dapat mengoreksi internal
recirculation dengan mengatur suaian(clearance) impeller sesuai dengan
spesifikasi pabrik pembuatnya.
Jenis
impeller
Untuk
jenis Closed Impeller lebih banyak masalahnya dan kebanyakan pada
prakteknya dikembalikan ke pabrik pembuatnya untuk di evaluasi atau mungkin
didesain ulang pada impellernya atau perubahan ukuran suaian(clearance) pada wearing
ring.
KAVITASI
PADA POMPA (III)
Pada
dua tulisan yang lalu : di sini dan di sini, kita telah mengenal apa itu
kavitasi, efek yang ditimbulkannya dan klasifikasi kavitasi,yaitu :
1. Vaporisation -
Penguapan.
2. Air
Ingestion - Masuknya Udara Luar ke Dalam System
3.
Internal Recirculation - Sirkulasi Balik di dalam System
Selanjutnya kita kaji
secara singkat klasifikasi yang keempat :
4.
Turbulence - Pergolakan Aliran
Kita
selalu menginginkan aliran fluida pada kecepatan yang konstan. Korosi dan
hambatan yang ada pada system perpipaan dapat merubah kecepatan fluida dan
setiap ada perubahan kecepatan, tekanannya juga berubah. Untuk menghambat hal
tersebut, perlu dilakukan perancangan system perpipaan yang baik. Antara lain
memenuhi kondisi berikut :
Jarak
minimum antara suction pompa dengan elbow yang pertama minimal 10 X diameter
pipa.Pada pengaturan banyak pompa, pasang suction bells pada bays yang
terpisah, sehingga satu sisi isap pompa tidak akan mengganggu yang lainnya.
Jika ini tidak memungkinkan, beberapa buah pompa bisa dipasang pada satu bak
isap (sump) yang besar, dengan syarat :
o Posisi pompa tegak lurus
dengan arah aliran.
- Jarak
antara dua 'center line' pompa minimum dua kali suction diameter.
- Semua
pompa dalam keadaan 'runing'.
- Bagian
piping upstream paling tidak memiliki pipa yang lurus dengan panjang
minimal 10 x diameter pipa.
- Setiap
pompa harus memiliki kapasitas kurang dari 15.000 gpm.
- Suaian
dasar pompa seharusnya sekitar 30% diameter pipa isap.
- Hubungan
kedalaman pemasangan pompa dengan kapasitas disesuaikan dengan table
berikut :
Kapasitas
|
Kedalaman
Minimum
|
20,000
GPM
|
4
FEET
|
100,000
GPM
|
8
FEET
|
180,000
GPM
|
10
FEET
|
200,000
GPM
|
11
FEET
|
250,000
GPM
|
12
FEET
|
·
Untuk metrik
:
Kapasitas
|
Kedalaman
Minimum
|
4,500
M3/HR
|
1.2
METERS
|
22,500
M3/HR
|
2.5
METERS
|
40,000
M3/HR
|
3.0
METERS
|
45,000
M3/HR
|
3.4
METERS
|
55,000
M3/HR
|
3.7
METERS
|
5.
Vane Passing Syndrome
Kerusakan
akibat kavitasi jenis ini terjadi ketika diameter luar impeller lewat terlalu
dekat dengan 'cutwater' pompa. Kecepatan aliran fluida ini bertambah
tatkala alirannya melalui lintasan kecil tersebut, tekanan berkurang dan
menyebabkan penguapan lokal. Gelembung udara yang terbentuk kemudian pecah pada
tempat yang memiliki tekanan yang lebih tinggi, sedikit diluar alur cutwater.
Hal inilah yang menyebabkan kerusakan pada volute(rumah keong) pompa.
Untuk
mencegah pergerakan poros yang berlebihan, beberapa pabrik pembuat memasang bulkhead
rings pada suction eye. Pada sisi keluar (discharge), ring dapat
dibuat untuk memperpanjang sisi keluar dari dinding discharge sampai selubung
impeller.
PENGARUH
KAVITASI TERHADAP KINERJA POMPA
Pada
empat tulisan sebelumnya kita telah mengenal pengaruh kavitasi dan klasifikasi
kavitasi berdasarkan penyebab utamanya.
Kali
ini kita kembali memperdalam pengaruh kavitasi ini secara lebih detil.
Sebelumnya kita telah tahu pengaruh kavitasi secara umum adalah sebagai berikut
:
- Berkurangnya
kapasitas pompa
- Berkurangnya
head (pressure)
- Terbentuknya
gelembung-gelembung udara pada area bertekanan rendah di dalam selubung
pompa (volute)
- Suara
bising saat pompa berjalan.
- Kerusakan
pada impeller atau selubung pompa(volute).
Pada tulisan ini akan kita
bahas kenapa semua itu bisa terjadi.
Kavitasi
dinyatakan dengan cavities atau lubang di dalam fluida yang kita pompa.
Lubang ini juga dapat dijelaskan sebagai gelembung-gelembung, maka kavitasi
sebenarnya adalah pembentukan gelembung-gelembung dan pecahnya gelembung
tersebut. Gelembung terbentuk tatkala cairan mendidih. Hati-hati untuk
menyatakan mendidih itu sama dengan air yang panas untuk disentuh, karena
oksigen cair juga akan mendidih dan tak seorang pun menyatakan itu panas.
Mendidihnya
cairan terjadi ketika ia terlalu panas atau tekananya terlalu rendah. Pada
tekanan permukaan air laut 1 bar (14,7 psia) air akan mendidih pada suhu 212oF
(100oC). Jika tekanannya turun air akan mendidih pada suhu yang
lebih rendah. Ada tabel yang menyatakan titik didih air pada setiap suhu yang
berbeda. Sebagai contoh dapat dilihat tabel berikut :
Fahrenheit
|
Centigrade
|
Vapor
pressure lb/in2 A
|
Vapor
pressure (Bar) A
|
40
|
4.4
|
0.1217
|
0.00839
|
100
|
37.8
|
0.9492
|
0.06546
|
180
|
82.2
|
7.510
|
0.5179
|
212
|
100
|
14.696
|
1.0135
|
300
|
148.9
|
67.01
|
4.62
|
Satuan
tekanan di sini yang digunakan adalah absolute bukan pressure gauge, ini jamak
dipakai tatkala kita berbicara mengenai sisi isap pompa untuk menghindari tanda
minus. Maka saat menyebut tekanan atmosfir nol, kita katakan 1 atm sama dengan
14,7 psia pada permukaan air laut dan pada sistim metrik kita biasa memakai 1
bar atau 100 kPa.
Kita
balik ke paragraf pertama untuk menjelaskan akibat dari kavitasi, sehingga kita
lebih tahu apa sesungguhnya yang terjadi.
Kapasitas
Pompa Berkurang
- Ini
terjadi karena gelembung-gelembung udara banyak mengambil tempat(space),
dan kita tidak bisa memompa cairan dan udara pada tempat dan waktu yang
sama. Otomatis cairan yang kita perlukan menjadi berkurang.
- Jika
gelembung itu besar pada eye impeller, pompa akan kehilangan
pemasukan dan akhirnya perlu priming (tambahan cairan pada sisi
isap untuk menghilangkan udara).
Tekanan
(Head) kadang berkurang
Gelembung-gelembung
tidak seperti cairan, ia bisa dikompresi (compressible). Nah, hasil kompresi
inilah yang menggantikan head, sehingga head pompa sebenarnya menjadi
berkurang.
Pembentukan
gelembung pada tekanan rendah karena mereka tidak bisa terbentuk pada tekanan
tinggi.
Kita
harus selalu ingat bahwa jika kecepatan fluida bertambah, maka tekanan fluida
akan berkurang. Ini artinya kecepatan fluida yang tinggi pasti di daerah
bertekanan rendah.
Ini
akan menjadi masalah setiap saat jika ada aliran fluida melalui pipa terbatas,
volute atau perubahan arah yang mendadak. Keadaan ini sama dengan aliran fluida
pada penampang kecil antara ujung impeller dengan volute cut water.
Bagian-bagian
Pompa Rusak
- Gelembung-gelembung
itu pecah di dalam dirinya sendiri, ini dinamakan imploding kebalikan
dari exploding. Gelembung-gelembung itu pecah dari segala sisi,
tetapi bila ia jatuh menghantam bagian dari metal seperti impeller atau
voluteia tidak bisa pecah dari sisi tersebut, maka cairan masuk dari sisi
kebalikannya pada kecepatan yang tinggi dilanjutkan dengan gelobang
kejutan yang mampu merusak part pompa. Ada bentuk yang unik yaitu bentuk
lingkaran akibat pukulan ini, dimana metal seperti dipukul dengan 'ball
peen hammer'.
- Kerusakan
ini kebanyakan terjadi membentuk sudut ke kanan pada metal, tetapi
pengalaman menunjukan bahwa kecepatan tinggi cairan kelihatannya datang dari
segala sudut.
Semakin
tinggi kapasitas pompa, kelihatannya semakin mungkin kavitasi terjadi. Nilai Specific
speed pump yang tinggi mempunyai bentuk impeller yang memungkinkan untuk
beroperasi pada kapasitas yang tinggi dengan power yang rendah dan kecil
kemungkinan terjadi kavitasi. Hal ini biasanya dijumpai pada casing yang
berbentuk pipa, dari pada casing yang berbentuk volute seperti yang sering kita
lihat.