bagaimana kavitasi terjadi pada pompa sentrifugal

Apa yang dimaksud dengan Kavitasi?

Apabila cairan pada suhu tertentu tekanannya dikurangi hingga mencapai tekanan penguapan yang sesuai dengan suhu tersebut, maka cairan akan menghasilkan gelembung. Fenomena pembentukan gelembung ini adalah Kavitasi dalam pompa.

Bagaimana Kavitasi Terjadi pada Pompa Sentrifugal？

Selama pengoperasian pompa sentrifugal, Jika area lokal dari komponen saluran alirannya (biasanya posisi tertentu sedikit di belakang saluran masuk bilah impeler), karena suatu alasan, tekanan absolut cairan yang dipompa turun ke tekanan penguapan pada suhu saat ini, cairan akan mulai menguap di lokasi tersebut, menghasilkan uap dan membentuk gelembung.

Gelembung-gelembung ini bergerak maju mengikuti aliran cairan. Ketika mereka mencapai area bertekanan tinggi tertentu, cairan bertekanan tinggi yang mengelilingi gelembung menyebabkan gelembung menyusut dengan cepat hingga runtuh. Pada saat gelembung runtuh, partikel cairan mengisi rongga dengan kecepatan tinggi dan bertabrakan satu sama lain, membentuk guncangan hidrolik. Apabila fenomena ini terjadi pada dinding yang kokoh, maka akan menyebabkan erosi dan kerusakan pada komponen saluran aliran.

Proses ini adalah proses kavitasi pompa sentrifugal.

Kondisi Pemicu Kavitasi

Penyebab mendasar kavitasi adalah tekanan lokal yang lebih rendah daripada tekanan uap jenuh cairan.

Selama pengoperasian pompa sentrifugal, cairan masuk ke dalam impeler dari pipa hisap, dan perubahan tekanannya mengikuti pola berikut:

Penurunan tekanan pada saluran masuk:
Selama proses dari tangki penyimpanan ke saluran masuk pompa, karena hambatan pipa dan peningkatan kecepatan aliran (peningkatan energi kinetik menyebabkan penurunan energi tekanan statis), tekanan berangsur-angsur menurun.

Titik tekanan terendah di dalam impeler:
Titik tekanan terendah biasanya muncul sedikit di belakang saluran masuk baling-baling impeler (sekitar 1/3 dari ujung depan baling-baling), di mana kecepatan aliran paling tinggi dan tekanan statis paling rendah.

Nilai kritis penguapan:
Ketika tekanan pada titik ini turun ke tekanan uap jenuh pada suhu cairan saat ini, cairan mulai menguap dan membentuk sejumlah besar gelembung uap.

Proses Lengkap Kavitasi

Kavitasi adalah siklus dinamis yang mencakup pembentukan, pengembangan, dan keruntuhan gelembung.

Tahap Pembuatan Gelembung

Di zona tekanan rendah, cairan menguap untuk menghasilkan gelembung uap. Pada saat yang sama, gas yang terlarut dalam cairan (seperti udara) juga akan dilepaskan, membentuk gelembung campuran. Ukuran gelembung berkisar dari mikron hingga milimeter, dan jumlahnya meningkat secara tajam saat tekanan menurun.

Tahap Migrasi Gelembung

Gelembung bergerak bersama aliran cairan ke area bertekanan tinggi dari impeler (zona kerja blade), di mana tekanan meningkat dengan cepat. Ketika tekanan sekitar melebihi tekanan uap, stabilitas gelembung akan hancur.

Tahap Keruntuhan Gelembung

Gelembung-gelembung tersebut runtuh seketika di bawah tekanan tinggi (hanya dalam beberapa mikrodetik). Cairan di sekelilingnya mengalir deras ke dalam rongga dengan kecepatan yang sangat tinggi (yang bisa mencapai lebih dari 100 m/s), menghasilkan dampak hidraulik yang kuat. Proses ini disertai dengan tiga efek utama:

Dampak mekanis:
Tekanan lokal bisa mencapai puluhan hingga ratusan MPa, setara dengan palu frekuensi tinggi pada permukaan logam.

Efek termal:
Ketika gelembung-gelembung tersebut runtuh, panas laten dari penguapan dilepaskan, dan suhu setempat bisa naik hingga 200-300°C.

Korosi kimiawi:
Suhu tinggi mempercepat reaksi oksidasi oksigen pada permukaan logam, membentuk korosi elektrokimia.

Karakteristik Fenomena Kavitasi

Apabila terjadi kavitasi, hal ini dapat diidentifikasi oleh fenomena berikut ini:

Sinyal pendengaran: Suara “berderak” atau “meletup” berfrekuensi tinggi dipancarkan di dalam pompa. Pada kasus yang parah, suara ini disertai dengan suara benturan logam.
Sinyal visual: Permukaan impeler menunjukkan kerusakan progresif dari lubang → struktur sarang lebah → perforasi. Lokasi yang umum terjadi adalah di tepi saluran masuk blade dan lidah volute.
Perubahan kinerja: Laju aliran, head, dan efisiensi pompa menurun secara bersamaan. Dalam kasus yang parah, gangguan aliran dapat terjadi.

Faktor-faktor Penyebab Kavitasi:

Ketinggian pemasangan: Ketinggian pemasangan yang berlebihan meningkatkan derajat vakum saluran masuk dan merupakan penyebab paling umum. Di bawah tekanan atmosfer standar, ketinggian pemasangan yang aman untuk pompa air bersih biasanya tidak melebihi 3-5 meter.
Sifat cair: Peningkatan suhu (peningkatan tekanan uap) dan kandungan gas yang lebih tinggi (peningkatan inti gelembung) akan secara signifikan mengurangi resistensi kavitasi.
Kondisi pengoperasian: Penyimpangan dari laju aliran desain (terutama dalam kondisi aliran rendah) akan meningkatkan fluktuasi tekanan di dalam impeler.
Desain bodi pompa: Parameter geometris seperti bentuk saluran masuk impeler dan kelengkungan bilah secara langsung memengaruhi distribusi tekanan.

Perbedaan Penting Antara Kavitasi dan Pengikatan Udara

Penting untuk membedakan antara dua kesalahan yang mudah tertukar:

Fitur	Kavitasi	Pengikatan Udara
Akar penyebab	Tekanan lokal < tekanan uap jenuh	Ada udara di dalam pompa dan vakum tidak dapat terbentuk
Tahap kejadian	Secara bertahap muncul selama operasi	Terjadi saat startup
Fenomena khas	Kebisingan, getaran, penurunan kinerja, kerusakan impeler	Tidak ada cairan yang keluar, tidak ada suara yang jelas
Solusi	Kurangi ketinggian pemasangan, tingkatkan tekanan saluran masuk	Lakukan pelumasan ulang pada pompa dan udara buangan

Kesimpulan Inti:

Inti dari kavitasi adalah siklus “mendidih-runtuh” cairan dalam lingkungan bertekanan tinggi. Efek destruktifnya berasal dari efek sinergis benturan mekanis dan korosi kimiawi.

Kunci untuk menghindari kavitasi adalah dengan memastikan bahwa Net Positive Suction Head (NPSHa) yang tersedia lebih besar daripada Net Positive Suction Head (NPSHr) yang diperlukan, dan biasanya margin keamanan minimal 0,3-0,5 m harus dijamin.

Cara Menghindari Kavitasi pada Pompa Sentrifugal

Memperbaiki parameter struktural saluran masuk pompa

Solusi ini cocok untuk Changyu Pump selama tahap desain dan pembuatan pompa sentrifugal. Metode ini jarang diadopsi di lokasi produksi.

Pasang induser di saluran masuk hisap pompa

Memasang induser memiliki efek yang signifikan dalam meningkatkan kinerja ketahanan kavitasi pompa sentrifugal dan memecahkan masalah kavitasi.

Selain itu, strukturnya sederhana, mudah dibuat dan dipasang, nyaman untuk pengoperasian dan pemeliharaan, dan berbiaya rendah. Ini dapat dipasang dan ditugaskan di bawah bimbingan teknis Changyu Pump tanpa mempengaruhi produksi, dan sangat cocok untuk promosi dan aplikasi di lokasi produksi.

Rancang pipa hisap secara wajar dan sesuaikan ketinggian pemasangan

Walaupun metode ini dapat menghilangkan masalah kavitasi, namun metode ini jarang diadopsi di lokasi produksi.

Hal ini karena menyesuaikan pipa hisap dan ketinggian pemasangan pompa melibatkan sejumlah besar pekerjaan teknik dan biaya konstruksi yang tinggi, dan dibatasi oleh lingkungan konstruksi. Hal ini hanya dapat dilakukan selama penghentian pabrik atau perombakan besar.

Pada saat yang sama, karena keterbatasan kondisi proses, menyesuaikan pipa hisap dan ketinggian instalasi akan memengaruhi proses selanjutnya dan memiliki reaksi berantai.

Mengoptimalkan kondisi operasi proses

Ketika kondisi proses memungkinkan, mengubah parameter operasi seperti laju aliran pompa, head, kecepatan putar, dan suhu operasi sedang dapat menghindari terjadinya kavitasi.

Kesimpulan:

Melalui artikel di atas, kita memahami bagaimana kavitasi terjadi pada pompa sentrifugal, serta bagaimana menghindari kavitasi pada pompa sentrifugal.

Jika Anda ingin mempertimbangkan untuk mengurangi kavitasi dari akar penyebabnya, Anda dapat menghubungi kami. Kami akan menyesuaikan desain pompa sentrifugal sesuai dengan kondisi kerja spesifik Anda untuk memenuhi kebutuhan pemompaan Anda.

Jika kavitasi telah terjadi dalam kondisi kerja Anda saat ini, Anda juga dapat menghubungi Pompa Changyu sekarang. Kami memiliki lebih dari 20 tahun pengalaman manufaktur dan R&D untuk membantu Anda memecahkan masalah pemompaan.

Email: [email protected]

Telepon: +86-13651913727

Pertanyaan Umum

T1: Apa yang menyebabkan kavitasi pada pompa sentrifugal?

A1: Kavitasi disebabkan ketika tekanan hisap lokal di dalam pompa turun di bawah tekanan uap cairan pada suhu operasi. Penurunan tekanan ini biasanya terjadi di dekat saluran masuk impeler karena pengangkatan hisap yang berlebihan, kecepatan aliran yang tinggi, desain perpipaan hisap yang buruk, atau NPSHa yang tidak mencukupi dibandingkan dengan NPSHr.

Q2. Bagaimana kavitasi terjadi pada pompa sentrifugal?

A2: Kavitasi terjadi ketika cairan yang masuk ke dalam impeler mengalami pengurangan tekanan yang cepat. Jika tekanan pada ujung depan blade turun di bawah tekanan uap jenuh, gelembung uap akan terbentuk. Saat gelembung-gelembung ini bergerak ke daerah bertekanan lebih tinggi di dalam volute atau saluran impeler, gelembung-gelembung ini akan runtuh dengan keras, menghasilkan guncangan hidraulik, kebisingan, getaran, dan kerusakan impeler yang progresif.

T3: Apa saja tanda-tanda utama kavitasi pada pompa sentrifugal?

A3: Tanda-tanda yang umum terjadi adalah suara berderak atau meletup, getaran yang tidak normal, penurunan efisiensi pompa, tekanan pelepasan yang tidak stabil, dan erosi lubang atau sarang lebah yang terlihat pada permukaan impeler. Pada kasus yang parah, laju aliran dan head menurun secara signifikan, dan operasi jangka panjang dapat menyebabkan kegagalan seal mekanis atau kerusakan bearing.

T4: Apa hubungan antara NPSH dan kavitasi?

A4: Risiko kavitasi secara langsung berkaitan dengan hubungan antara Net Positive Suction Head Available (NPSHa) dan Net Positive Suction Head Required (NPSHr). Ketika NPSHa lebih rendah dari NPSHr, gelembung uap akan terbentuk di sisi hisap. Mempertahankan margin keamanan yang memadai di atas NPSHr sangat penting untuk memastikan operasi pompa yang stabil dan mencegah penurunan kinerja.

T5: Bagaimana Cara Menghindari Kavitasi pada Pompa Sentrifugal?

A5: Kavitasi dapat dihindari dengan meningkatkan tekanan hisap, mengurangi ketinggian instalasi, mengoptimalkan tata letak pipa hisap, menurunkan suhu cairan, atau memilih pompa dengan NPSHr yang lebih rendah. Memasang induser atau meningkatkan geometri saluran masuk impeler juga dapat meningkatkan kinerja anti-kavitasi dalam aplikasi industri yang menuntut.

T6: Apa perbedaan antara kavitasi dan pengikatan udara?

A6: Kavitasi disebabkan oleh penguapan cairan karena tekanan rendah selama pengoperasian, sedangkan pengikatan udara terjadi ketika udara terperangkap di dalam pompa dan mencegah pemompaan yang tepat. Kavitasi menyebabkan erosi, getaran, dan guncangan hidraulik, sedangkan pengikatan udara biasanya menyebabkan tidak ada aliran pelepasan dan kegagalan untuk membangun tekanan hisap saat penyalaan.