Kontrol Otomatis Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal Banyak digunakan dalam produksi industri dan sistem rekayasa untuk mengalirkan berbagai media cair. Namun, selama operasi, sebuah fenomena yang sangat memengaruhi kinerja dan masa pakai pompa sering terjadi—kavitasi. Kavitasi tidak hanya mengurangi efisiensi pompa sentrifugal tetapi juga menyebabkan kerusakan serius pada komponen-komponen utama seperti impeller, dan bahkan dapat menyebabkan peralatan tersebut dibongkar total. Oleh karena itu, mempelajari dan memahami penyebab kavitasi pada pompa sentrifugal sangat penting untuk desain yang rasional, pemasangan yang tepat, dan pengoperasian pompa yang aman. Di bawah, Anhui Shengshi Datang akan memberi Anda pengenalan terperinci.1. Konsep Dasar KavitasiKavitasi mengacu pada fenomena di mana, saat cairan mengalir melalui impeler pompa, tekanan lokal turun di bawah tekanan uap jenuh cairan pada suhu operasinya, menyebabkan penguapan sebagian cairan dan pembentukan banyak gelembung uap kecil. Ketika gelembung-gelembung ini terbawa oleh aliran cairan ke daerah bertekanan lebih tinggi, tekanan di sekitarnya meningkat dengan cepat, menyebabkan gelembung-gelembung tersebut pecah seketika dan mengembun kembali menjadi cairan. Keruntuhan gelembung-gelembung ini menghasilkan gelombang kejut yang kuat dan suhu tinggi lokal, yang berdampak pada permukaan impeler, menyebabkan pengelupasan logam akibat kelelahan (fatigue pitting) atau pengelupasan (spalling). Inilah fenomena kavitasi pada pompa sentrifugal.Inti dari kavitasi adalah hasil dari aksi gabungan dinamika fluida dan termodinamika. Penyebab utamanya adalah distribusi tekanan yang tidak merata di dalam cairan. Ketika kecepatan aliran lokal terlalu tinggi atau desain geometrisnya tidak sesuai, tekanan lokal akan turun, memicu proses siklus penguapan dan keruntuhan gelembung.2. Akar Penyebab KavitasiAkar penyebab kavitasi pada pompa sentrifugal adalah tekanan lokal cairan di dalam pompa turun di bawah tekanan uap jenuh cairan pada suhu tersebut. Pada pompa sentrifugal, cairan mengalir dari pipa hisap ke saluran masuk impeller. Saat aliran secara bertahap menyempit, kecepatan cairan meningkat, dan akibatnya tekanan statis menurun. Ketika tekanan lokal turun ke tekanan uap jenuh cairan, cairan mulai menguap, menghasilkan gelembung-gelembung uap. Gelembung-gelembung ini terbawa ke daerah bertekanan tinggi menuju bagian tengah dan saluran keluar impeller, di mana gelembung-gelembung tersebut dengan cepat pecah di bawah tekanan tinggi. Gelombang kejut berenergi tinggi yang dilepaskan selama pecahnya gelembung menyebabkan erosi logam pada permukaan impeller, peningkatan getaran pompa, peningkatan kebisingan, dan masalah-masalah seperti penurunan laju aliran dan head.3. Faktor Utama Penyebab Kavitasia. Daya Hisap yang Berlebihan: Jika pompa dipasang terlalu tinggi atau level cairan hisap terlalu rendah, tekanan di sisi hisap akan berkurang. Saat cairan mengalir menuju saluran masuk impeller, tekanan akan semakin turun. Ketika tekanan turun di bawah tekanan uap jenuh, terjadi penguapan. Jika daya hisap melebihi NPSH (Net Positive Suction Head) yang diizinkan, kavitasi tidak dapat dihindari.b. Hambatan Saluran Hisap yang Berlebihan: Pipa hisap yang terlalu panjang, terlalu sempit, memiliki terlalu banyak siku, atau katup yang tertutup sebagian menyebabkan kehilangan tekanan lokal dan gesekan yang signifikan. Penurunan tekanan pada ujung hisap menyebabkan penurunan tekanan lebih lanjut pada saluran masuk impeller, sehingga meningkatkan kemungkinan terjadinya kavitasi. Selain itu, kebocoran udara atau penyegelan yang buruk pada pipa hisap dapat memasukkan gas ke dalam cairan, yang memperparah kavitasi.c. Suhu Cairan yang Terlalu Tinggi: Peningkatan suhu cairan secara signifikan meningkatkan tekanan uap jenuhnya, sehingga cairan lebih rentan terhadap penguapan. Misalnya, tekanan uap jenuh air relatif rendah pada suhu ruangan tetapi meningkat secara substansial pada suhu tinggi. Sekalipun tekanan hisap tetap tidak berubah, kondisi penguapan dapat terpenuhi ketika suhu naik, sehingga memicu kavitasi.d. Tekanan Masuk Rendah atau Tekanan Sekitar Rendah: Bila tekanan pada sumber hisap pompa menurun—misalnya akibat turunnya level cairan, kekosongan dalam wadah pasokan, atau tekanan atmosfer sekitar yang rendah (misalnya, pada ketinggian tinggi)—tekanan pada port hisap menjadi tidak mencukupi, sehingga cairan mudah menguap di saluran masuk impeler.e. Desain atau Pemasangan Pompa yang Tidak Tepat: Desain struktural pompa secara langsung memengaruhi kinerja kavitasinya. Misalnya, diameter saluran masuk impeler yang terlalu kecil, sudut tepi depan sudu yang tidak wajar, atau permukaan impeler yang kasar dapat menyebabkan aliran cairan yang tidak stabil, yang mengakibatkan penurunan tekanan lokal yang tajam. Lebih lanjut, kegagalan dalam mematuhi persyaratan NPSH (NPSHr) yang ditetapkan produsen selama pemasangan, atau memasang pompa pada ketinggian yang berlebihan, juga dapat menyebabkan kavitasi.f. Kondisi Pengoperasian yang Tidak Tepat: Bila pompa beroperasi pada laju aliran yang menyimpang dari titik desain, berjalan dalam waktu lama pada aliran rendah, atau selama penyesuaian katup mendadak, distribusi tekanan fluida berubah, yang juga dapat menyebabkan penguapan dan kavitasi lokal.4. Efek dan Bahaya KavitasiBahaya kavitasi terhadap pompa sentrifugal terutama terwujud dalam aspek-aspek berikut:a. Kerusakan Permukaan Logam: Guncangan bertekanan tinggi yang dihasilkan oleh gelembung yang pecah menyebabkan erosi pitting pada permukaan impeller. Perkembangan jangka panjang dapat menyebabkan kelelahan material, spalling, dan bahkan perforasi impeller.b. Penurunan Kinerja: Kavitasi menyebabkan pengurangan signifikan pada laju aliran, tekanan, dan efisiensi, sehingga mengubah kurva karakteristik pompa.c. Getaran dan Kebisingan: Gaya tumbukan yang dihasilkan oleh kavitasi menimbulkan getaran mekanis dan kebisingan frekuensi tinggi, yang memengaruhi kestabilan pengoperasian peralatan.d. Berkurangnya Masa Pakai: Pengoperasian jangka panjang dalam kondisi kavitasi mempercepat keausan mekanis, memperpendek masa pakai bantalan, segel, dan impeler.5. Langkah-langkah Pencegahan KavitasiUntuk mencegah atau mengurangi kavitasi, tindakan harus diambil dari perspektif desain, pemasangan, dan operasi:a. Pilih ketinggian pemasangan yang wajar untuk memastikan tekanan yang cukup pada sisi hisap, sehingga membuat NPSH Tersedia (NPSHa) lebih besar daripada NPSH Diperlukan pompa (NPSHr).b. Optimalisasi pipa hisap dengan memperpendek panjangnya, mengurangi jumlah siku, meningkatkan diameter pipa, menjaga katup hisap terbuka penuh, dan menghindari masuknya udara.c. Mengontrol suhu cairan melalui pendinginan atau penurunan suhu tangki penyimpanan untuk mengurangi tekanan uap jenuh cairan.d. Meningkatkan tekanan masuk, misalnya, dengan memasang pompa pendorong, memberi tekanan pada permukaan cairan, atau menempatkan wadah cairan pada ketinggian yang lebih tinggi.e. Memperbaiki struktur impeller dengan menggunakan bahan dan geometri dengan sifat anti-kavitasi yang baik, seperti menambahkan inducer atau mengoptimalkan sudut masuk bilah.f. Jaga agar pompa tetap beroperasi mendekati titik desainnya, menghindari pengoperasian berkepanjangan pada laju aliran rendah atau kondisi pengoperasian abnormal lainnya.Singkatnya, terjadinya kavitasi pada pompa sentrifugal terutama disebabkan oleh tekanan cairan pada saluran masuk impeller yang terlalu rendah, sehingga jatuh di bawah tekanan uap jenuhnya, yang memicu penguapan dan selanjutnya keruntuhan gelembung. Faktor-faktor spesifik yang menyebabkan fenomena ini meliputi daya hisap yang berlebihan, resistansi hisap yang berlebihan, suhu cairan yang tinggi, tekanan saluran masuk yang rendah, dan desain atau pengoperasian yang tidak tepat. Kavitasi tidak hanya memengaruhi kinerja pompa tetapi juga menyebabkan kerusakan parah pada peralatan. Oleh karena itu, baik dalam desain maupun pengoperasian, penekanan harus diberikan pada pencegahan dan pengendalian kavitasi. Dengan mengonfigurasi sistem secara rasional, mengoptimalkan parameter struktural, dan meningkatkan kondisi pengoperasian, pengoperasian pompa yang aman dan efisien dapat tercapai. pompa sentrifugal dapat dipastikan.

  Pada bagian sebelumnya, kita telah membahas penyebab kavitasi pompa sentrifugal. Di bawah ini, Anhui Shengshi Datang akan memperkenalkan langkah-langkah untuk mencegah pompa sentrifugal kavitasi. 1. Peningkatan Desain dan Material Dari perspektif desain dan material, tindakan berikut dapat diambil untuk mencegah atau mengurangi bahaya kavitasi pompa sentrifugal: A. Desain Optimasi Kesenjangan: Tingkatkan jarak bebas antar komponen yang bergerak secara tepat, terutama antara impeller dan casing pompa, serta antara cincin seal dan poros, untuk mengurangi risiko macet akibat ekspansi termal. Penelitian menunjukkan bahwa peningkatan jarak bebas standar sebesar 15%-20% dapat secara signifikan mengurangi kemungkinan macet selama kavitasi, dengan dampak minimal pada efisiensi pompa. B. Pemilihan dan Perawatan Material: a. Melakukan perlakuan panas tempering pada poros pompa untuk meningkatkan kekerasan dan ketahanan ausnya, sehingga mengurangi deformasi dan keausan selama kavitasi. b. Pilih material dengan koefisien ekspansi termal rendah, seperti baja tahan karat atau paduan khusus, untuk meminimalkan perubahan jarak bebas yang disebabkan oleh ekspansi termal. c. Terapkan lapisan tahan aus seperti paduan keras atau gunakan bahan keramik untuk bagian gesekan utama seperti cincin segel untuk meningkatkan ketahanan aus. C. Perbaikan Sistem Penyegelan: a. Gunakan segel mekanis yang tidak bergantung pada media yang dipompa untuk pelumasan, seperti segel mekanis berpelumas gas atau segel mekanis ganda. b. Konfigurasikan sistem pelumasan eksternal untuk menyediakan pelumasan pada permukaan segel bahkan saat pompa mengalami kavitasi. c. Untuk segel pengepakan, gunakan pengepakan pelumas sendiri, seperti pengepakan komposit yang mengandung PTFE.   D. Optimasi Sistem Bearing: a. Gunakan bantalan pelumas mandiri yang tertutup untuk mengurangi ketergantungan pada pendinginan eksternal. b. Tambahkan sistem pendingin independen untuk bantalan untuk memastikan suhu bantalan normal tetap terjaga bahkan selama kavitasi pompa. c. Pilih bantalan dan pelumas dengan toleransi suhu yang lebih tinggi. E. Perbaikan Desain Rongga Pompa: a. Untuk aplikasi khusus, rancang ruang penyimpanan air sedemikian rupa sehingga pompa dapat mempertahankan volume cairan minimum bahkan saat terjadi kekurangan air jangka pendek. b. Pompa self-priming biasanya dirancang dengan volume rongga pompa yang lebih besar dan perangkat pemisah gas-cair khusus, yang memungkinkannya menangani kavitasi jangka pendek dengan lebih baik. Praktik menunjukkan bahwa desain dan pemilihan material yang wajar dapat mengurangi risiko kerusakan selama kavitasi pompa sentrifugal lebih dari 50%, sekaligus memperpanjang masa pakai peralatan secara keseluruhan. 2. Penerapan Sistem Pemantauan dan Pengendalian Teknologi pemantauan dan kontrol modern menyediakan cara yang efektif untuk mencegah kavitasi pompa sentrifugal: A. Sistem Deteksi Kavitasi: a. Pemantauan Aliran: Pasang pengukur aliran di saluran keluar pompa untuk secara otomatis membunyikan alarm atau mematikan pompa ketika laju aliran turun di bawah nilai yang ditetapkan. b. Pemantauan Arus: Beban motor berkurang selama kavitasi, menyebabkan penurunan arus yang signifikan; kavitasi dapat dideteksi dengan memantau perubahan arus. c. Pemantauan Tekanan: Penurunan tiba-tiba atau peningkatan fluktuasi tekanan keluar merupakan indikator utama kavitasi. d. Pemantauan Suhu: Kenaikan suhu abnormal pada segel mekanis, bantalan, atau badan pompa dapat secara tidak langsung mencerminkan keadaan kavitasi. B. Sistem Kontrol Level Cairan: a. Pasang sensor level di tangki air, bak penampung, dan fasilitas pemasukan lainnya untuk menghentikan pompa secara otomatis saat level turun di bawah nilai aman. b. Untuk acara-acara khusus, atur perlindungan dua tingkat: alarm tingkat rendah dan penghentian paksa pompa tingkat sangat rendah. c. Gunakan pengukur level non-kontak (misalnya, ultrasonik, radar) untuk menghindari masalah kemacetan potensial yang terkait dengan sakelar pelampung tradisional. C. Sistem Kontrol Cerdas Terpadu: a. Integrasikan beberapa parameter (aliran, tekanan, suhu, level) ke dalam sistem PLC atau DCS untuk mengidentifikasi status kavitasi secara lebih akurat melalui penilaian logis. b. Siapkan dua tingkat perlindungan: peringatan kavitasi dan alarm kavitasi. Sistem dapat mencoba menyesuaikan kondisi operasi secara otomatis selama peringatan dan memaksa penghentian selama alarm berbunyi. c. Menggunakan sistem pakar atau teknologi kecerdasan buatan untuk memprediksi potensi risiko kavitasi terlebih dahulu melalui analisis data historis. D. Pemantauan dan Manajemen Jarak Jauh: a. Memanfaatkan teknologi IoT untuk melakukan pemantauan jarak jauh terhadap stasiun pompa, sehingga memungkinkan deteksi kelainan secara tepat waktu. b. Menetapkan model prediksi kesalahan untuk memberikan peringatan dini terhadap potensi risiko kavitasi melalui analisis data besar. c. Menyiapkan sistem perekaman dan pelaporan otomatis untuk mencatat perubahan parameter operasi, yang menyediakan dasar untuk analisis kesalahan. Data menunjukkan bahwa pompa sentrifugal yang dilengkapi sistem pemantauan dan kontrol modern mengalami insiden kavitasi lebih dari 85% lebih sedikit dibandingkan dengan peralatan tradisional, dengan biaya perawatan yang jauh lebih rendah. Keunggulan sistem ini khususnya terlihat pada stasiun pompa tanpa pengawasan.   3. Prosedur Operasional dan Manajemen Pemeliharaan Prosedur operasi ilmiah dan manajemen pemeliharaan merupakan mata rantai penting dalam pencegahan pompa sentrifugal kavitasi: A. Pemeriksaan dan Persiapan Pra-Startup: a. Pastikan katup pada saluran hisap terbuka penuh dan filter tidak tersumbat. b. Periksa penyegelan casing pompa dan pipa untuk memastikan tidak ada titik kebocoran udara. c. Pastikan pompa sudah terisi penuh dan udara sudah terbuang sepenuhnya sebelum dinyalakan pertama kali atau setelah dimatikan untuk waktu yang lama. d. Putar poros pompa secara manual beberapa putaran untuk memastikannya berputar secara fleksibel tanpa hambatan yang tidak normal. B. Prosedur Startup dan Shutdown yang Benar: a. Buka katup hisap terlebih dahulu, kemudian katup pembuangan, dan hindari memulai dengan katup pembuangan yang tertutup. b. Untuk pompa besar, mulailah dengan katup pembuangan sedikit terbuka, lalu buka sepenuhnya setelah operasi stabil. c. Saat menghentikan pompa, tutup katup pembuangan terlebih dahulu, kemudian motor, dan terakhir katup hisap untuk mencegah aliran balik dan palu air. d. Kuras cairan dari casing pompa segera setelah dimatikan di wilayah musim dingin untuk mencegah pembekuan. C. Pemantauan dan Manajemen Selama Operasional: a. Menetapkan sistem log operasi untuk mencatat parameter seperti aliran, tekanan, suhu, dan arus secara berkala. b. Menerapkan sistem putaran inspeksi untuk segera mendeteksi kebisingan, getaran, atau kebocoran yang tidak normal. c. Hindari pengoperasian berkepanjangan pada laju aliran rendah; pasang saluran bypass aliran minimum jika perlu. d. Untuk sistem paralel multi-pompa, pastikan distribusi beban yang wajar di antara pompa untuk menghindari kelebihan beban atau kavitasi pada pompa tunggal. D. Perawatan dan Pemeriksaan Berkala: a. Bersihkan filter saluran hisap secara teratur untuk mencegah penyumbatan. b. Periksa kondisi segel mekanis atau segel pengepakan, dan segera ganti bagian yang sudah tua atau rusak. c. Periksa suhu bantalan dan status pelumasan secara teratur, tambahkan atau ganti pelumas sesuai kebutuhan. d. Ukurlah celah cincin segel secara berkala untuk memastikan bahwa celah tersebut berada dalam batas yang diizinkan. e. Periksa apakah pipa keseimbangan dan lubang keseimbangan bersih (berlaku untuk pompa multi-tahap). E. Pelatihan dan Manajemen Personel: a. Memberikan pelatihan profesional bagi operator dan personel pemeliharaan untuk meningkatkan kemampuan mereka dalam mengidentifikasi dan menangani kesalahan. b. Merumuskan sistem tanggung jawab dan rencana darurat yang jelas untuk memastikan respons cepat jika terjadi kelainan. c. Menetapkan mekanisme berbagi pengalaman untuk segera meringkas dan menyebarluaskan pengalaman penanganan kesalahan. Praktik membuktikan bahwa prosedur pengoperasian yang baik dan manajemen pemeliharaan dapat mengurangi waktu henti pompa sentrifugal yang tidak direncanakan hingga lebih dari 70%, sehingga secara signifikan meningkatkan keandalan peralatan dan masa pakai.   4. Langkah-langkah Respons terhadap Situasi Darurat Meskipun telah dilakukan berbagai tindakan pencegahan, kavitasi pompa sentrifugal masih dapat terjadi dalam kondisi khusus. Dalam kasus seperti ini, langkah-langkah tanggap darurat diperlukan untuk meminimalkan kerugian: A. Identifikasi dan Penutupan Cepat: a. Jika terdeteksi tanda-tanda kavitasi seperti suara abnormal, peningkatan getaran, atau penurunan tekanan pembuangan secara tiba-tiba, pompa harus segera dimatikan untuk diperiksa. b. Untuk peralatan kritis, tombol berhenti darurat dapat dipasang untuk menghentikan pompa segera setelah mendeteksi kelainan. c. Jangan menghidupkan pompa berulang kali sebelum memastikan dan menghilangkan penyebab kavitasi, untuk menghindari kerusakan yang lebih parah. B. Tindakan Pendinginan Darurat: a. Jika badan pompa ternyata terlalu panas tetapi kerusakan serius belum terjadi, tindakan pendinginan eksternal dapat dilakukan, seperti membungkus badan pompa dengan kain basah atau menerapkan sedikit semprotan air pendingin (berhati-hatilah untuk menghindari komponen listrik). b. Jangan langsung mendinginkan bantalan yang terlalu panas dengan air dingin, untuk mencegah kerusakan akibat tekanan termal. C. Mengembalikan Pasokan Cairan Normal: a. Periksa dan bersihkan penyumbatan pada pipa saluran masuk. b. Jika level cairan tidak mencukupi, segera isi ulang sumber air atau turunkan tinggi pemasangan pompa. c. Periksa dan perbaiki titik kebocoran udara dalam sistem perpipaan. D. Pemantauan Khusus Setelah Restart: a. Saat menghidupkan kembali pompa setelah terjadi kavitasi, perhatikan dengan saksama apakah segel bocor, apakah suhu bantalan normal, dan apakah getaran berada dalam batas yang diizinkan. b. Lanjutkan operasi normal hanya setelah memastikan semua parameter normal. c. Disarankan untuk meningkatkan frekuensi putaran inspeksi sementara untuk memastikan operasi peralatan yang stabil. E. Penilaian dan Perbaikan Kerusakan: a. Pompa yang mengalami kavitasi parah harus menjalani pemeriksaan menyeluruh untuk menilai tingkat kerusakannya. b. Ganti komponen yang rusak jika perlu, seperti segel mekanis, cincin segel, dan bantalan. c. Periksa impeller dan casing pompa untuk kerusakan yang disebabkan oleh kavitasi. Melalui penanganan darurat yang tepat waktu dan efektif, kerugian akibat kavitasi dapat diminimalkan. Statistik menunjukkan bahwa tindakan darurat yang tepat dapat mengurangi waktu pemulihan peralatan hingga lebih dari 50% dalam situasi darurat, sekaligus mengurangi risiko kerusakan sekunder.