Kavitasi dan NPSH
Daerah aliran pada mata impeller pompa biasanya lebih kecil daripada daerah aliran dari pipa hisap pompa atau daerah aliran yang melalui sudu pompa. Ketika cairan di pompa masuk mata pompa sentrifugal, penurunan daerah aliran sebagai akibat peningkatan kecepatan aliran disertai dengan penurunan tekanan. Semakin besar laju aliran pompa, semakin besar pula tekanan jatuh antara pompa hisap dan mata impeller. Jika tekanan jatuh cukup besar, atau jika temperatur cukup tinggi, tekanan jatuh dapat menyebabkan cairan menjadi uap ketika tekanan local berada di bawah tekanan saturasi fluida yang di pompa. Gelembung-gelembung uap terbentuk oleh tekanan jatuh pada mata impeller yang mengalir sepanjang sudu impeller oleh aliran fluida. Ketika gelembung2 itu masuk wilayah dimana tekanan local lebih besar daripada tekanan saturasi, maka gelembung2 uap tiba-tiba pecah. Proses pembentukan dan pecahnya secara tiba-tiba dari gelembung2 uap dalam pompa disebut dengan kavitasi.
Kavitasi pada pompa sentrifugal mempunyai pengaruh signifikan terhadap performasi pompa. Kavitasi mendegradasi (menurunkan) performansi pompa, akibat fluktuasi laju aliran dan tekan discharge. Kavitasi dapat juga menjadi penyebab hancurnya komponen2 dalam pompa. Ketika sebuah pompa, gelembung2 uap terbentuk secara langsung pada daerah tekanan rendah yang di balik sudu impeller yang berputar. Gelembung2 uap ini kemudian bergerak mendekati sudu impeller dimana mereka pecah dan menyebebkan kejutan fisik pada permukaan sudu pompa. Kejutan fisik ini membuat lubang-lubang kecil pada permukaan sudu impeller. Masing-masing lubang itu berukuran sangat kecil, akan tetapi akibat akumulasi dari jutaan lubang2 ini yang terbentuk selama periode jam atau hari dapat secara bertahap merusak impeller pompa. Kavitasi dapat juga menyebabkan getaran pompa berlebih dimana getaran tersebut dapat merusak bantalan pompa, ring dan sil.
Sejumlah kecil pompa sentrifugal didesain untuk beropearasi dibawah kondisi dimana kavitasi tak mampu dihindari. Pompa ini harus didesain secara khusus dan dimaintain untuk menahan sejumlah kecil kavitasi yang terjadi selama operasinya. Banyak pompa sentrifugal yang tidak di desain untuk menahan kavitasi.
Kebisingan adalah salah satu indikasi bahwa pompa sentrifugal terjadi kavitasi. Sebuah pompa yang ter-kavitasi suaranya dapat seperti kaleng yang berisi kelereng yang dikocok. Indikasi lainnya dapat diamati dari stasiun operasi jarak jauh yang sedang berfluktuasi tekanan discharge-nya (keluarnya).
Net Positive Suction Head (NPSH)
Untuk menghindari kavitasi pada pompa sentrifugal, tekanan fluida pada semua titik dalam pompa harus dijaga diatas tekanan saturasi. Jumlah yang digunakan untuk menentukan tekanan cairan yang dipompa untuk menghindari kavitasi disebut net positive suction head (NPSH). Net positive suction head (NPSH) adalah perbedaan antara tekanan pada pipa hisap pompa dan tekanan saturasi pada cairan yang sedang dipompa. Net positive suction head (NPSH) adalah nilai minimum dari net positive suction head (NPSH) yang cukup untuk menghindari kaviotasi.
Kondisi yang harus ada untuk menghindari kavitasi adalah bahwa net positive suction head (NPSH) yang tersedia harus lebih besar daripada atau sama dengan net positive suction head (NPSH) yang dibutuhkan. Kebutuhan ini dapat dinyatakan secara matematis ebagai berikut:
NPSHA ≥ NPSHR
Formula untuk NPSHA dapat dinyatakan sebagai persamaan berikut:
NPSHA = P suction – P saturation
Ketika pompa centrifugal menghisap dari tangki atau reservoir lainnya, maka tekanan dari pipa hisap pompa adalah penjumlahan tekanan absolute pada permukaan cairan pada tangki dan tekanan karena perbedaan ketinggian antara permukaan cairan pada tangki dan pipa hisap pompa dikurang head loss karena gesekan pada garis hisap dari tangki ke pompa.
NPSHA = Pa + Pst – hf – Psat
Dimana:
NPSHA = NPSH yang tersedia
Pa = tekan absolute pada permukaan cairan
Pst = tekanan karena perbedaan ketinggian antara permukaan cairan dan pipa hisap.
hf = head losses pada pipa hisap pompa
Psat = tekanan saturasi dari cairan yang dipompa
PENCEGAHAN KAVITASI
Jika pompa mengalami kavitasi, beberapa perubahan pada desain sistem atau operasi adalah penting untuk meningkatkan NPSHA diatas NPSHR dan menghentikan kavitasi. Salah satu metode untuk meningkatkan NPSHA adalah meningkatkan tekanan pada pipa hisap pompa. Sebagai contoh, jika sebuah pompa menghisap dari sebuah tangki yang tertutup, maka kenaikan level cairan pada tangki atau peningkatan tekanan pada ruang diatas cairan akan meningkatkan tekanan hisap.
Mungkin juga meningkatkan NPSHAdengan menurunkan temperatur cairan yang dipompa. Menurunkan temperatur cairan akan menurunkan tekanan saturasi, sehingga menyebabkan NPSHAmeningkat. Ingat lagi dari mode perpindahan panas sebelumnya dimana kondensor uap yang besar biasanya mendinginkan kondensat kurang dari temperatur saturasi yang disebut depresi kondensat, untuk mencegah kavitasi dalam pompa kondensat.
Jika head losses pada pipa hisap pompa dapat dikurangi, maka NPSHA akan berkurang. Beragam metode untuk mengurangi head losses termasuk meningkatkan diameter pipa, mengurangi jumlah elbo, valve dan fitting (tahanan) dalam pipa, dan menurunkan panjang pipa.
Dapat juga menghentikan kavitasi dengan mengurangi NPSHR untuk pompa. NPSHR tidak konstan untuk pompa yang diberikan dibawah semua kondisi, tetapi bergantung pada factor tertentu. Secara khusus, NPSHR dari pompa meningkat secara signifikan karena laju aliran yang melalui pompa meningkat. Oleh karena itu, pengurangan laju aliran melalui pompa yaitu dengan mengecilkan valve discharge yang menurunkan NPSHR. NPSHR juga bergantung pada kecepatan pompa. Semakin cepat rotasi impeller pompa, semakin besar NPSHR. Oleh karena itu, jika kecepatan dari pompa centrifugal dikurangi, maka NPSHRpompa menurun. Meskipun demikian, laju aliran pompa paling sering diperhatikan sebagai kebutuhan dari sistem.
NPSH yang dibutuhkan untuk mencegah kavitasi ditentukan melalui pengujian oleh produsen pompa dan bergantung pada factor-faktor diantaranya tipe inlet (saluran masuk ) impeller, desain impeller, laju aliran pompa, kecepatan rotasi impeller, dan tipe cairan yang dipompa. Produsen pompa secara khusus menyediakan kurva NPSHR sebagai fungsi laju aliran pompa untuk cairan tertentu (biasanya air) dalam buku manual pompa.
Kurva Karakteristik Pompa Centrifugal
Untuk pompa centrifugal yang beroperasi pada kecepatan konstan, laju aliran yang melalui pompa adalah bergantung pada perbedaan tekanan atau head pada pompa. Semakin rendah head pompa, semakin tinggi laju aliran. Buku manual untuk pompa spesifik biasanya mengandung kurva laju aliran pompa versus head pompa yang disebut kurva karakteristik pompa. Setelah pompa diinstalasi pada sistem, pompa biasanya diuji untuk menjamin bahwa laju aliran dan head pompa berada dalam spesifikasi yang dibutuhkan. Tipikal Kurva karakteristik pompa centrifugal ditunjukkan pada gambar dibawah ini.
Ada beberapa istilah yang berhubungan dengan kurva karakteristik pompa yang harus didefinisikan. Shutoff head adalah head maksimum yang dapat dikembangkan oleh pompa centrifugal yang beroperasi pada kecepatan tertentu. Pump runout adalah aliran maksimum yang dapat dikembangkan oleh pompa centrifugal tanpa merusak pompa. Pompa centrifugal harus didesain dan dioperasikan serta dilindungi dari kondisi pump runout atau operasi pada shutoff head.
Ref : FUNDAMENTALS HANDBOOK MECHANICAL SCIENCE Volume 1 of 2
U.S. Department of Energy FSC-6910
Tidak ada komentar:
Posting Komentar