Analisis Kavitasi Impeller Pompa Sentrifugal

1. Sifat Kavitasi
Kavitasi, sebuah proses destruktif fisikokimia gabungan, terjadi dalam tiga tahap:

Penguapan Lokal: Ketika tekanan lokal di saluran masuk impeler atau zona tekanan rendah turun di bawah tekanan uap jenuh cairan pada suhu operasinya, cairan tersebut mendidih, menghasilkan banyak gelembung uap (rongga).

Keruntuhan dan Kerusakan Gelembung: Gelembung-gelembung ini terbawa oleh aliran ke zona tekanan tinggi impeler di mana tekanan di sekitarnya meningkat tajam, menyebabkan gelembung tersebut meledak hampir seketika. Keruntuhan ini menghasilkan gelombang kejut dan semburan mikro yang intens dengan tekanan lokal mencapai ratusan megapaskal, yang bekerja dalam hitungan mikrodetik dan di area skala mikron.

Kelelahan dan Erosi Material: Gelombang kejut ini berulang kali menghantam permukaan logam impeler (ribuan kali per detik), menyebabkan kelelahan mekanis dan korosi. Hal ini secara bertahap melepaskan butiran logam, yang menyebabkan erosi berlubang, seperti sarang lebah, atau seperti spons pada permukaan.

2. Bahaya Spesifik Kavitasi terhadap Pompa

Penurunan Kinerja: Gelembung uap menghalangi saluran aliran, mengganggu kontinuitas fluida, dan menyebabkan penurunan signifikan pada laju aliran, tekanan, dan efisiensi pompa, seringkali menciptakan gangguan pada kurva kinerja.

Getaran & Kebisingan: Pembentukan dan pecahnya gelembung secara tiba-tiba menyebabkan getaran pompa yang parah dan suara berderak atau mendesis yang khas, sehingga mengganggu stabilitas dan lingkungan kerja.

Kerusakan Impeller:

Pengikisan Mekanis: Menciptakan erosi berbentuk sarang lebah yang menjadi ciri khasnya.

Korosi Elektrokimia: Energi yang dilepaskan selama kerusakan menghancurkan lapisan pasif pelindung impeler (terutama penting untuk baja tahan karat), mempercepat korosi kimia. Serangan gabungan ini menyebabkan kehilangan material yang sangat cepat.

Kasus yang parah dapat mengakibatkan perforasi impeler dan kegagalan pompa total.

Masa Pakai yang Berkurang: Kerusakan impeller, ditambah dengan keausan yang dipercepat pada bantalan dan seal akibat getaran, secara drastis memperpendek interval perawatan dan masa pakai pompa secara keseluruhan.

3. Identifikasi & Diagnosis

Suara: Suara berderak terus-menerus, berderak ...

Kinerja: Pada kecepatan dan posisi katup konstan, terjadi penurunan aliran, tekanan keluar (head), dan arus motor (konsumsi daya) secara tiba-tiba atau bertahap.

Getaran: Pembacaan getaran pompa yang異常 tinggi, terutama pada arah aksial.

Inspeksi Visual: Pembongkaran pasca-operasi mengungkapkan adanya lubang-lubang berbentuk sarang lebah yang menjadi ciri khas pada bagian belakang tepi saluran masuk bilah (zona tekanan rendah).

4. Penyebab Utama (dalam Sistem Air Sirkulasi)

Ketersediaan NPSH (NPSHa) yang Tidak Mencukupi: Akar penyebabnya.

Ketinggian Pompa yang Berlebihan: Pompa dipasang terlalu tinggi di atas permukaan cairan suplai.

Kehilangan Tekanan pada Saluran Hisap yang Berlebihan: Pipa hisap yang terlalu panjang, terlalu sempit, memiliki terlalu banyak siku, atau memiliki filter/saringan/katup kaki yang tersumbat akan meningkatkan penurunan tekanan.

Suhu Cairan Tinggi: Pertukaran panas yang buruk atau beban termal yang tinggi dalam sistem meningkatkan suhu air dan tekanan uapnya, sehingga mengurangi NPSHa.

Tekanan Sistem Rendah: Fluktuasi tekanan atau air pengisi yang tidak mencukupi dalam sistem tertutup menurunkan tekanan bejana hisap.

NPSH yang Diperlukan Pompa Tinggi (NPSHr):

Desain pompa yang buruk atau geometri saluran masuk impeler yang tidak menguntungkan/kecepatan masuk yang tinggi.

Keausan atau penyumbatan impeller, yang mengganggu desain hidrolik aslinya.

5. Pencegahan & Solusi

Optimalkan Desain Sistem (Tingkatkan NPSHa):

Turunkan ketinggian pemasangan pompa; gunakan hisap terendam (tingkat cairan di atas garis tengah pompa) jika memungkinkan.

Optimalkan pipa hisap: Persingkat panjang, perbesar diameter, minimalkan sambungan/katup, dan bersihkan filter/saringan secara teratur.

Mengontrol suhu cairan: Memastikan pengoperasian menara pendingin, penukar panas, dll. yang efisien.

Menstabilkan tekanan sistem: Mempertahankan tekanan dan penambahan tekanan yang tepat dalam sistem tertutup.

Pemilihan dan Modifikasi yang Tepat (Mengurangi NPSHr):

Pilih pompa dengan margin yang cukup: Pastikan NPSHa > NPSHr memiliki margin keamanan yang memadai (biasanya ≥ 0,5-1,0 m).

Pilih pompa tahan kavitasi: Model dengan impeler hisap ganda (kecepatan masuk lebih rendah) atau sudu penginduksi.

Modifikasi impeller: Ganti impeller standar dengan model anti-kavitasi (yang memiliki tepi masuk yang lebih tebal, profil aerodinamis khusus) atau ubah bentuk/potong bagian masuk impeller standar secara profesional menjadi profil yang lebih tajam dan tipis.

Operasi & Pemeliharaan:

Pelapisan/Pengerasan Permukaan: Aplikasikan material tahan kavitasi (misalnya, paduan berbasis kobalt, karbida tungsten) melalui pelapisan laser, penyemprotan plasma, atau pelapisan las.

Pelapis Polimer: Gunakan pelapis epoksi berkinerja tinggi untuk aplikasi yang kurang kritis.

Impeller yang rusak harus segera diperbaiki atau diganti.

Hindari pengoperasian aliran rendah: Sirkulasi internal pada aliran rendah memicu kavitasi. Operasikan dalam rentang operasi yang disarankan (BEP) pompa.

Gunakan Penggerak Frekuensi Variabel (VFD): Mengurangi kecepatan pompa secara signifikan menurunkan NPSHr-nya (proporsional dengan kuadrat kecepatan), sebuah solusi yang efektif.

Perlindungan & Perbaikan Permukaan:

Ringkasan
Kavitasi impeler pada pompa sentrifugal adalah masalah sistemik yang timbul dari ketidakseimbangan di mana Net Positive Suction Head Available (NPSHa) dari sistem tidak cukup untuk memenuhi Net Positive Suction Head Required (NPSHr) oleh pompa. Solusinya terletak pada pendekatan ganda: meningkatkan pasokan dan mengurangi permintaan—meningkatkan NPSHa sistem sekaligus mengurangi NPSHr pompa. Melalui desain, pemilihan, pengoperasian, dan pemeliharaan yang sistematis, kavitasi dapat dicegah dan dikelola secara efektif.