Apa itu kavitasi? Kerusakan apa yang ditimbulkan kavitasi pada pompa? Bagaimana cara mencegah kavitasi?

Kavitasi adalah fenomena yang dapat terjadi pada mesin hidrolik dan sistem yang berkaitan dengan fluida seperti katup dan pipa. Konversi timbal balik antara air dan uap, suatu sifat inheren fluida, membutuhkan kondisi suhu dan tekanan tertentu. Misalnya, air menguap pada suhu 100°C di bawah tekanan 101325 Pa, tetapi hanya pada suhu 30°C di bawah tekanan 4243 Pa. Demikian pula, ketika suhu tetap konstan, penurunan tekanan absolut secara bertahap pada permukaan cairan akan menyebabkan air menguap ketika tekanan turun di bawah ambang batas tertentu. Setiap tingkat tekanan berkaitan dengan suhu penguapan tertentu, sebagaimana setiap tingkat suhu berkaitan dengan tekanan penguapan tertentu. Selama aliran air di dalam pompa, penguapan terjadi ketika tekanan absolut di area tertentu turun hingga atau di bawah tekanan penguapan pada suhu tersebut, sehingga menghasilkan banyak gelembung. Gelembung-gelembung ini mengandung uap dan gas aktif seperti oksigen (O2) yang keluar dari cairan. Ketika gelembung-gelembung ini mencapai zona tekanan tinggi pompa, tekanan yang meningkat memaksa mereka untuk cepat berubah bentuk dan pecah. Bersamaan dengan itu, partikel-partikel fluida di sekitarnya menyerbu ke dalam ruang gelembung dengan kecepatan yang sangat tinggi, bertabrakan dengan hebat dan menghasilkan palu air yang hebat. Semakin besar gelembung, semakin besar pula tekanan palu air selama keruntuhan—nilai yang terukur dapat mencapai ratusan atau bahkan ribuan megapascal. Jika keruntuhan gelembung terjadi di dekat permukaan logam, hal itu menciptakan benturan langsung pada material. Pembentukan dan keruntuhan gelembung yang terus-menerus mengakibatkan benturan berulang pada permukaan logam, mempercepat erosi yang disebabkan oleh kelelahan. Lebih jauh lagi, erosi secara progresif merusak lapisan pelindung logam. Dengan percepatan panas kondensasi, gas reaktif memulai korosi kimia, yang selanjutnya memperburuk material. Efek gabungan dari erosi dan korosi mengubah permukaan logam dari pitting menjadi sarang lebah atau formasi seperti spons, yang pada akhirnya mengarah pada penetrasi dinding yang lengkap. Seluruh proses pembentukan gelembung, perkembangan, keruntuhan, dan kegagalan material ini secara kolektif disebut kavitasi.

Terjadinya dan berkembangnya kavitasi bergantung pada keadaan fluida (suhu, tekanan) dan sifat fisik fluida (termasuk gas terlarut dalam pengotor).

① Kavitasi bergerak, mengacu pada pembentukan gelembung tunggal sementara dan rongga-rongga kecil dalam fluida, dan pertumbuhan dan keruntuhan aliran fluida, kavitasi yang disebabkan oleh banyaknya gelembung, pembentukan kabut awan;

② Kavitasi tetap, mengacu pada kavitasi yang disebabkan oleh kavitasi yang melekat pada batas tetap fluida aliran, juga disebut kavitasi melekat, pada mesin hidrolik kavitasi jenis ini adalah yang utama;

3. Kavitasi pusaran, yaitu gelembung yang terbentuk di bagian tengah pusaran cairan. Kecepatan pusat pusaran besar dan tekanan rendah, sehingga mudah terjadi kavitasi penguapan cairan. Kavitasi getaran, yaitu kavitasi yang terbentuk akibat fluktuasi tekanan berfrekuensi tinggi dan beramplitudo tinggi yang terus-menerus di dalam cairan.

Apa penyebab terjadinya kavitasi pada pompa air?

● Kavitasi terutama disebabkan oleh desain pompa dan sistem yang tidak tepat, termasuk desain pipa saluran masuk pompa yang tidak masuk akal, gangguan pusaran dan bubur, gelembung berlebihan yang masuk ke pompa dan kandungan gas yang tinggi dalam bubur juga akan memperburuk kavitasi.

● Desain pompa dan sistem yang tepat, pemilihan material yang tahan aus, pengurangan asupan udara ke dalam pompa, dan penyesuaian jarak bebas yang tepat antara pelat pelindung sisi hisap dan impeler merupakan langkah-langkah utama untuk meminimalkan kavitasi dan keausan, sehingga memperpanjang masa pakai pompa.

Kerusakan spesifik apa yang dapat disebabkan oleh kavitasi pompa air pada peralatan?

Kerusakan akibat kavitasi pompa air pada peralatan terpusat dalam tiga kategori: kerusakan mekanis, penurunan kinerja, dan kerusakan material.

● Keausan mekanis dan kerusakan akibat benturan

Semburan mikro dan gelombang kejut yang dihasilkan oleh pecahnya gelembung akan berdampak berulang kali pada impeller, rumah pompa dan komponen aliran lainnya, yang menyebabkan terjadinya pengelupasan, pengelupasan lubang, dan pada kasus yang parah, terbentuknya lubang sarang lebah atau bahkan penetrasi.

Dampak jangka panjang akan menyebabkan tepi bilah impeller terkelupas dan retak, dinding bagian dalam cangkang pompa menipis, dan secara langsung merusak integritas struktural peralatan.

● Performa perangkat terus menurun

Gelembung kavitasi akan menempati ruang saluran aliran, yang akan menyebabkan laju aliran aktual, head, dan efisiensi pompa berkurang secara signifikan, dan pompa tidak dapat mencapai kondisi kerja desain.

Penyumbatan gelembung di jalur aliran dapat menyebabkan fluktuasi aliran dan ketidakstabilan tekanan, yang pada gilirannya meningkatkan getaran pompa dan memengaruhi stabilitas operasional secara keseluruhan.

●Kelelahan material dan percepatan korosi

Beban impak dan tegangan bolak-balik akan menimbulkan retak lelah pada bagian logam, dan perambatan retak dapat mengakibatkan kegagalan mendadak pada bagian tersebut.

Kavitasi merusak lapisan pasivasi pada permukaan logam, yang mempercepat korosi elektrokimia. Terutama dalam medium yang mengandung asam dan alkali, korosi dan kavitasi saling mendorong, dan selanjutnya memperpendek masa pakai peralatan.

Area paling rentan kavitasi pada pompa sentrifugal

●Pelat penutup depan dengan kelengkungan impeller maksimum terletak di sisi bertekanan rendah di dekat tepi saluran masuk bilah;

Lidah volute dan bilah pemandu di ruang ekstrusi terletak di dekat sisi bertekanan rendah pada tepi saluran masuk.

●Jarak penyegelan antara tepi luar ujung bilah impeller kecepatan spesifik tinggi dan casing, dan sisi tekanan rendah ujung bilah tanpa pelat penutup depan;

Impeller tahap pertama dari pompa multi-tahap.

Langkah-Langkah Peningkatan Kinerja Anti-kavitasi Pompa Sentrifugal

● Optimalkan desain struktural dari saluran masuk hisap pompa hingga area impeler. Tingkatkan luas penampang aliran; tingkatkan radius lengkung bagian saluran masuk penutup impeler untuk mengurangi percepatan aliran mendadak dan penurunan tekanan; kurangi ketebalan saluran masuk bilah dengan tepat dan bulatkan saluran masuk bilah untuk mendekati profil yang ramping, yang juga membantu mengurangi percepatan dan penurunan tekanan pada tepi depan bilah; tingkatkan permukaan akhir bagian saluran masuk impeler dan bilah untuk meminimalkan kehilangan resistansi; perpanjang tepi saluran masuk bilah ke arah saluran masuk impeler agar aliran fluida dapat masuk lebih awal, sehingga meningkatkan tekanan.

●Roda pra-induksi digunakan untuk membuat aliran cairan bekerja terlebih dahulu di roda pra-induksi, sehingga dapat meningkatkan tekanan aliran cairan.

●Desain impeller hisap ganda memungkinkan cairan masuk dari kedua sisi secara bersamaan, menggandakan luas penampang masuk sekaligus mengurangi setengah kecepatan aliran.

●. Kondisi desain mengadopsi sudut impingement positif yang sedikit lebih besar untuk meningkatkan sudut masuk bilah, mengurangi kelengkungan pada saluran masuk bilah, meminimalkan penyumbatan bilah, sehingga memperluas area saluran masuk; hal ini juga meningkatkan kondisi kerja pada laju aliran tinggi untuk mengurangi kehilangan aliran. Namun, sudut impingement positif tidak boleh terlalu besar, karena dapat memengaruhi efisiensi.

● Gunakan material anti-kavitasi. Praktik menunjukkan bahwa semakin tinggi kekuatan, kekerasan, dan ketangguhan material, semakin baik stabilitas kimianya dan semakin kuat kinerja anti-kavitasinya.

Langkah-Langkah untuk Meningkatkan Margin Kavitasi Efektif pada Perangkat Saluran Masuk Cairan

● Tingkatkan tekanan level cairan di tangki penyimpanan pra-pompa untuk meningkatkan margin kavitasi efektif.

● Kurangi tinggi pemasangan pompa alat hisap.

●Ganti perangkat pemompaan ke atas dengan perangkat aliran balik.

● Kurangi kehilangan aliran pada pipa sebelum pompa. Misalnya, perpendek pipa semaksimal mungkin dalam rentang yang dibutuhkan, turunkan kecepatan aliran, minimalkan penggunaan siku dan katup, serta maksimalkan bukaan katup.

● Kurangi suhu fluida kerja pada saluran masuk pompa (ketika fluida yang diangkut mendekati suhu saturasi).

Langkah-langkah di atas dapat diterapkan sesuai dengan pemilihan pompa, pemilihan material, dan lokasi penerapan pompa.