Kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung-gelembung uap di dalam cairan yang dipompa akibat turunnya tekanan cairan sampai di bawah tekanan uap jenuh cairan pada suhu operasi pompa. Gelembung uap yang terbentuk dalam proses ini mempunyai siklus yang sangat singkat. Knapp (Karassik dkk, 1976) menemukan bahwa mulai terbentuknya gelembung sampai gelembung pecah hanya memerlukan waktu sekitar 0,003 detik. Gelembung ini akan terbawa aliran fluida sampai akhirnya berada pada daerah yang mempunyai tekanan lebih besar daripada tekanan uap jenuh cairan. Pada daerah tersebut gelembung tersebut akan pecah dan akan menyebabkan shock pada dinding di dekatnya. Cairan akan masuk secara tiba-tiba ke ruangan yang terbentuk akibat pecahnya gelembung uap tadi sehingga mengakibatkan tumbukan. Peristiwa ini akan menyebabkan terjadinya kerusakan mekanis pada pompa.
Satu gelembung memang hanya akan mengakibatkan bekas kecil pada dinding namun bila hal itu terjadi berulang-ulang maka bisa mengakibatkan terbentuknya lubang-lubang kecil pada dinding. Bahkan semua material bisa rusak oleh kavitasi bila dibiarkan terjadi dalam jangka waktu yang lama. Adanya benda asing yang masuk ke dalam pompa akan lebih memperparah kerusakan sebab akan menyebabkan erosi pada dinding impeler. Bagian dari pompa sentrifugal yang paling rawan terkena kavitasi adalah sisi impeler dekat sisi isap yang bertekanan rendah juga tutup impeler bagian depan yang berhubungan dengan sisi isap. Hammit (Karassik dkk, 1976) menemukan hubungan yang rumit antara kecepatan aliran dengan kerusakan pada pompa akibat kavitasi. Kerusakan tersebut akan meningkat seiring dengan kenaikan kecepatan aliran.
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 :
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.
Karakteristik dari kavitasi sebuah pompa akan menentukan gaya angkat isap statik (static suction lift) yang diperlukan untuk pemasangan pompa. Jika zs adalah negatif maka pompa harus ditempatkan lebih rendah dari permukaan air atau dikenal sebagai pompa banjir (submersible pump).
B. Akibat Terjadinya Kavitasi
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).
1. 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).
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.
2. 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 volute ia tidak bisa pecah dari sisi tersebut, maka cairan masuk dari sisi kebalikannya pada kecepatan yang tinggi dilanjutkan dengan gelombang kejutan yang mampu merusak part pompa. Ada bentuk yang unik yaitu bentuk lingkaran akibat pukulan ini, dimana metal seperti dipukul dengan ‘ball peen hammer’.
C. Cara Mengatasi Kavitasi
Proses kavitasi begitu rumit dan kurang begitu jelas Sebagai contoh permulaan terjadinya kavitasi adalah sebagai berikut, air yang mengandung udara atau gelembung-gelembung uap air yang disebabkan oleh adanya kondisi setempat yang tekanannya turun hingga dapat menimbulkan penguapan. Pada tempat yang tekanannya lebih tinggi, maka gelembung-gelembung tersebut akan terkondensasi dan pecah dengan tiba-tiba, hal ini akan mengakibatkan tekanan pada roda turbin. Penurunan tekananaliran didalam turbin air disebabkan perubahan energi tekanan menjadi energi kecepatan (Bernoulli). Makin tinggi kecepatan aliran dan makin tinggi Airnya, maka makin tinggi pula bahaya dari pembentukan uap dan kavitasi. Untuk menghindari kavitasi yang besar, maka dalam perencanaan turbin dapat menggunakan perhitungan yang tertentu dengan memasukan harga-harga keamanan dan harga-harga yang berdasarkan pengalaman.
Pabrik-pabrik turbin dan pompa selain mengadakan pengujian terhadap model roda jalan menurut kondisi yang luar biasa juga menyelidiki keamanan untuk melawan kavitasi. Kavitasi dapat dicegah dengan perencanaan, pemasangan, dan pengoperasian turbin sedemikian rupa sehingga tidak ada satu titikpun yang tekanan mutlaknya lebih rendah daripada tekanan uap air. Faktor yang paling kritis dalam pemasangan turbin reaksi adalah jarak tegak antara runner dengan air buangan (Draft head). Dalam memperbandingkan cirri-ciri kavitasi pada mesin-mesin hidrolik sebaiknya ditetapkan parameter kavitasi seperti persamaan 1 berikut: dimana Z1 dan H adalah ditentukan seperti gambar instalasi turbin diatas, merupakan tinggi kenaikan kolom air didalam C, nilai =°barometer air. Pada duga permukaan air laut dengan suhu 20 dimana kavitasi dapat terjadi dinamakans10,1 m. Nilai minimum dari c. Nilainya dapat ditentukan berdasarkan eksperimen untuk mesin dans model tertentu dengan mengamati keadaan operasi pada waktu awal terjadinya kavitasi.
Runner turbin baling-baling kadang kala dipasang dibawah permukaan air buangan untuk mengurangi kemungkinan kavitasi. Selain itu penggunaan baja tahan karat dan perunggu alumunium untuk runner turbin akan meningkatkan tahanannya terhadap kerusakan akibat timbulnya lubang.
Pemeriksaan Terhadap Kapitasi
Pompa yang dirancang digunakan untuk memompa air pada suhu 25˚C pada tekanan atmosfer. Salah satu cara yang digunakan untuk memeriksa kavitasi adalah menentukan Net Positive Suction Head Required (NPSHR) dan Net Positive Suction Head Available (NPSHA). Pompa terhindar dari kavitasi jika NPSHA lebih besar daripada NPSHR.
Menghitung NPSHA
Besarnya NPSHA dapat dihitung dengan persamaan (Sularso dan Tahara, 2000)
NPSHA = Ha – Hs – Hls – Hv
dimana :
Ha : head tekanan absolut pada permukaan isap (m)
Hs : head isap (m)
Hls : head kerugian pada saluran isap (m)
Hv : head tekanan uap jenuh pada temperatur pemompaan cairan (m)
Untuk dapat menghitung NPSHA maka terlebih dulu harus dihitung :
a. Head tekanan absolut permukaan isap (Ha)
Besarnya head tekanan absolut permukaan isap dihitung dengan persamaan (Sularso dan Tahara, 2000) :
b. Head isap (Hs)
Besarnya head isap tergantung dari instalasi pompa
c. Head kerugian pada saluran isap (Hls)
Besarnya head kerugian pada saluran isap juga tergantung dari instalasi pompa
d. Head tekanan uap jenuh pada temperatur pemompaan cairan (Hv)
Besarnya head tekanan uap jenuh dihitung dengan persamaan (Sularso dan Tahara, 2000) :
Dengan demikian besarnya Net Positive Suction Head Available adalah :
NPSHA = Ha – Hs – Hls – Hv
Menghitung NPSHR
Besarnya NPSHR dapat dihitung dengan menggunakan koefisien kavitasi Thoma dengan rumus (Lazarkiewics, 1965) :
NPSHR = σ . H
dimana :
σ : koefisien kavitasi Thoma
H : head total pompa pada efisiensi maksimum (m)
Nilai koefisien kavitasi Thoma dapat dilihat pada tabel atau dihitung dengan rumus yang diberikan oleh H.H Anderson yaitu (Lazarkiewics, 1965) :
dengan :
ηh : efisiensi hidrolis pompa
nSQ : kecepatan spesifik pompa
pustaka :
http://agushalul.wordpress.com/2007/08/24/pengaruh-kavitasi-terhadap-kinerja-pompa/
http://wawan-friends.blogspot.com/2009/11/kavitasi-pada-roda-jalan-runner-sudu.html
http://74.125.153.132/search?q=cache:C6zzcGFeoE0J:www.ccitonline.com/mekanikal/tiki-index.php%3Fpage%3Dkavitasi+kavitasi+pompa&cd=24&hl=id&ct=clnk&gl=id
Tidak ada komentar:
Posting Komentar