Pompa Sentrifugal Efisiensi Tinggi

  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 Kavitasi Kavitasi 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 Kavitasi Akar 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 Kavitasi a. 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 Kavitasi Bahaya 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 Kavitasi Untuk 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.  

Prinsip Kerja Pompa Sentrifugal Prinsip kerja dari pompa sentrifugal didasarkan pada aksi gaya sentrifugal. Ketika impeller berputar dengan kecepatan tinggi, cairan terlempar dari pusat impeller ke tepi luar di bawah pengaruh gaya sentrifugal, sehingga memperoleh energi kinetik dan energi tekanan. Proses kerja spesifiknya adalah sebagai berikut: 1. Cairan memasuki area tengah impeller melalui saluran hisap pompa. 2. Putaran impeller menghasilkan gaya sentrifugal, yang menyebabkan cairan bergerak dari pusat impeller ke tepi luar sepanjang jalur bilah. 3. Cairan memperoleh energi kinetik dan energi tekanan di dalam impeller lalu dibuang ke dalam casing pompa. 4.Di dalam casing pompa, sebagian energi kinetik cairan diubah menjadi energi tekanan, dan cairan akhirnya dibuang melalui saluran keluar. Selama pengoperasian pompa sentrifugal, impeler bekerja dengan mengubah energi mekanik menjadi energi cairan. Saat cairan mengalir melalui impeler, tekanan dan kecepatannya meningkat. Menurut persamaan Bernoulli, peningkatan energi total cairan terutama dimanifestasikan sebagai peningkatan energi tekanan, yang memungkinkan pompa sentrifugal untuk memindahkan cairan ke elevasi yang lebih tinggi atau mengatasi hambatan sistem yang lebih besar. Penting untuk dicatat bahwa prasyarat untuk pengoperasian normal pompa sentrifugal adalah rongga pompa harus terisi cairan. Hal ini karena gaya sentrifugal hanya dapat bekerja pada cairan, bukan gas. Jika terdapat udara di dalam rongga pompa, pompa tidak akan dapat membangun tekanan secara normal, sehingga mengakibatkan "penguncian uap", yang pada akhirnya menyebabkan kavitasi. Analisis Penyebab Kavitasi Pompa Sentrifugal 1.Media Masuk Tidak Memadai atau Tekanan Masuk Tidak Memadai Media masuk yang tidak memadai merupakan salah satu penyebab paling umum kavitasi pompa sentrifugal. Situasi berikut dapat menyebabkan media masuk yang tidak memadai: a. Level Cairan Rendah: Ketika level cairan di kolam, tangki, atau wadah penyimpanan turun di bawah pipa hisap pompa atau level efektif minimum, pompa dapat menyedot udara, bukan cairan, sehingga mengakibatkan kavitasi. b. Daya Hisap yang Berlebihan: Untuk pompa sentrifugal non-self-priming, jika ketinggian pemasangan melebihi daya hisap yang diizinkan, meskipun pipa hisap terendam dalam cairan, pompa tidak akan mampu menyedot cairan ke atas, sehingga menyebabkan kekurangan cairan di dalam pompa. Berdasarkan prinsip fisika, daya hisap maksimum teoritis untuk pompa sentrifugal non-self-priming adalah sekitar 10 meter kolom air (nilai tekanan atmosfer). Namun, dengan mempertimbangkan berbagai kerugian, daya hisap aktual biasanya di bawah 6-7 meter. c. Tekanan Masuk Tidak Cukup: Dalam aplikasi yang memerlukan tekanan masuk positif, jika tekanan masuk yang diberikan lebih rendah dari nilai yang dibutuhkan, pompa mungkin mengalami pasokan cairan yang tidak memadai, yang menyebabkan kavitasi. d. Desain Sistem yang Buruk: Pada beberapa desain sistem, jika pipa hisap terlalu panjang, diameter pipa terlalu kecil, atau terlalu banyak tikungan, resistansi pipa meningkat, mengurangi tekanan masuk dan mencegah pompa sentrifugal menyedot cairan dengan benar. Studi kasus menunjukkan bahwa sekitar 35% kegagalan pompa sentrifugal di industri petrokimia disebabkan oleh media masuk yang tidak memadai atau tekanan masuk yang tidak memadai. Masalah ini khususnya umum terjadi pada sistem transportasi minyak karena viskositas dan tekanan uap produk minyak yang tinggi. 2. Penyumbatan pada Pipa Masuk Penyumbatan pada pipa saluran masuk merupakan penyebab umum lain kavitasi pompa sentrifugal. Manifestasi spesifiknya meliputi: a. Layar atau Filter Tersumbat: Selama pengoperasian jangka panjang, saringan atau filter pada saluran pipa masuk mungkin secara bertahap tersumbat oleh kotoran atau sedimen, sehingga membatasi aliran cairan. b. Pembentukan Kerak di Dalam Pipa: Terutama saat menangani air sadah, air dengan kandungan ion kalsium dan magnesium tinggi, atau cairan kimia tertentu, kerak atau endapan kristal dapat terbentuk pada dinding bagian dalam pipa, yang lama kelamaan akan mengurangi diameter efektifnya. c. Masuknya Benda Asing: Masuknya benda secara tidak sengaja seperti daun, kantong plastik, atau tanaman air ke dalam pipa hisap dapat menyumbat siku atau katup, sehingga menghambat aliran cairan. d. Katup Tertutup Sebagian: Kesalahan operasional, seperti kegagalan membuka katup sepenuhnya pada saluran hisap, atau malfungsi katup internal, juga dapat menyebabkan aliran tidak mencukupi. e. Kegagalan Katup Kaki: Pada sistem yang dilengkapi katup kaki, jika katup kaki mengalami malfungsi (misalnya, deformasi pegas atau kerusakan permukaan penyegelan), hal itu dapat memengaruhi kemampuan pompa untuk menyedot cairan dengan benar. Data statistik menunjukkan bahwa sekitar 25% kasus kavitasi pompa sentrifugal dalam sistem penyediaan air dan drainase kota disebabkan oleh penyumbatan pipa saluran masuk. Masalah ini khususnya umum terjadi pada sistem pengolahan air limbah dengan kadar padatan tersuspensi yang tinggi.     3.Pengeluaran Udara Tidak Lengkap dari Rongga Pompa Pembuangan udara yang tidak sempurna dari rongga pompa merupakan penyebab utama kavitasi pompa sentrifugal. Manifestasi utamanya meliputi: a. Priming yang Tidak Memadai Sebelum Startup Awal: Setelah pemasangan awal atau penghentian yang lama, pompa sentrifugal harus di-priming untuk mengeluarkan udara dari badan pompa. Jika proses priming tidak mencukupi, sisa udara dapat mencegah pompa mencapai tekanan kerja normal. b. Kemampuan Self-Priming yang Tidak Memadai: Pompa sentrifugal non-self-priming tidak dapat mengeluarkan udara sendiri dan bergantung pada priming eksternal. Meskipun beberapa pompa self-priming memiliki kemampuan self-priming tertentu, metode penyalaan yang tidak tepat atau ketinggian self-priming yang terlalu tinggi dapat menyebabkan pengeluaran udara yang buruk. c. Kebocoran Udara pada Sistem Perpipaan: Retakan kecil pada sambungan pipa hisap, titik penyegelan, atau pipa yang sudah tua dapat menyebabkan udara masuk ke sistem di bawah tekanan negatif. Hal ini sangat berbahaya karena meskipun pompa awalnya di-priming dengan benar, udara dapat terakumulasi seiring waktu, yang pada akhirnya menyebabkan kavitasi. d. Kegagalan Segel: Segel poros yang aus atau tidak terpasang dengan benar (misalnya, segel mekanis atau segel pengepakan) dapat memungkinkan udara luar masuk ke dalam pompa, terutama saat tekanan sisi hisap di bawah tekanan atmosfer. Dalam aplikasi industri, sekitar 20% kasus kavitasi pompa sentrifugal disebabkan oleh pembuangan udara yang tidak sempurna dari rongga pompa. Masalah ini khususnya umum terjadi selama proses pengaktifan awal setelah pemasangan atau perawatan. 4.Penyebab Lainnya Selain penyebab utama yang disebutkan di atas, faktor lain juga dapat menyebabkan kavitasi pompa sentrifugal: a. Penguapan Cairan: Saat menangani cairan bersuhu tinggi atau sangat mudah menguap, jika tekanan pipa hisap turun di bawah tekanan uap jenuh cairan pada suhu tersebut, cairan dapat menguap dan membentuk gelembung. Hal ini dapat mencegah pompa menyedot cairan atau menyebabkan kavitasi. b. Kesalahan Operasional: Faktor manusia, seperti pengoperasian katup yang salah atau kegagalan mengikuti prosedur permulaan, dapat menyebabkan kavitasi pompa. c. Kerusakan Sistem Kontrol: Dalam sistem kontrol otomatis, kegagalan pada sensor level, sensor tekanan, atau kesalahan dalam logika pemrograman PLC dapat menyebabkan pompa menyala atau beroperasi dalam kondisi yang tidak tepat, sehingga mengakibatkan kavitasi. d. Masalah Daya atau Motor: Urutan fase daya yang salah yang menyebabkan pembalikan motor dapat mencegah pompa menyedot cairan dengan benar. Ketidakstabilan tegangan yang menyebabkan fluktuasi kecepatan motor juga dapat mengganggu operasi pompa normal. e. Efek Suhu: Dalam kondisi lingkungan ekstrem, seperti daerah dingin, insulasi yang tidak memadai dapat menyebabkan cairan di dalam pipa membeku, sehingga menghambat aliran. Dalam lingkungan bersuhu tinggi, cairan dapat menguap, membentuk kunci uap. Penelitian menunjukkan bahwa penyebab-penyebab lain ini menyumbang sekitar 20% kasus kavitasi pompa sentrifugal. Meskipun proporsinya relatif kecil, faktor-faktor tersebut dapat menjadi faktor signifikan dalam skenario atau kondisi tertentu dan tidak boleh diabaikan.