BAB 5.PARAMETER kavitasi dan Inception5.1PENDAHULUANBab ini akan
berurusan dengan parameter yang digunakan untuk menggambarkan
kavitasi, dan keadaan yang mengatur awal.Dalam bab-bab berikutnya,
kita membahas efek buruk dari kavitasi, yaitu kerusakan kavitasi,
kebisingan, efek kavitasi pada kinerja hidrolik, dan
ketidakstabilan kavitasi-diinduksi.5.2PARAMETER kavitasiKavitasi
adalah proses pembentukan gelembung uap di daerah tekanan rendah
dalam aliran.Orang mungkin membayangkan bahwa gelembung uap
terbentuk ketika tekanan dalam cairan mencapai tekanan
uap,pV,cairan pada suhu operasi.Sementara banyak faktor rumit
dibahas kemudian menyebabkan penyimpangan dari hipotesis ini, namun
hal ini berguna untuk mengadopsi ini sebagai kriteria untuk tujuan
diskusi awal kami.Dalam prakteknya, juga dapat memberikan pedoman
awal mentah.Tekanan statis,p,aliran apapun biasanya
nondimensionalized sebagai koefisien tekanan,Cp,didefinisikan
sebagai...... (5.1)
di manap1beberapa tekanan statis referensi yang akan kita
gunakan tekanan pompa inlet danUadalah beberapa kecepatan referensi
yang akan kita gunakan kecepatan ujung inlet, RT1.Penting untuk
dicatat bahwa, untuk aliran cairan mampat dalam batas-batas yang
kaku,Cphanya fungsi dari geometri batas-batas dan jumlah
Reynolds,Re,yang, untuk tujuan ini, dapat didefinisikan sebagai2
R2T1/ mana adalah viskositas kinematik fluida.Hal ini sama
pentingnya untuk dicatat bahwa, dengan tidak adanya kavitasi, yang
kecepatan cairan dan koefisien tekananindependendari tingkat
tekanan.Jadi, misalnya, perubahan tekanan inlet,p1,hanya akan
menghasilkan perubahan yang sama dalam semua tekanan lainnya,
sehinggaCptidak terpengaruh.Oleh karena itu, dalam setiap aliran
dengan kecepatan yang ditentukan cairan, geometri dan bilangan
Reynolds, akan ada lokasi tertentu di mana tekanan,p,adalah minimum
dan bahwa perbedaan antara tekanan minimum ini,pmin,dan tekanan
inlet,p1diberikan oleh...... (5.2)
di manaCPminbeberapa angka negatif yang merupakan fungsi hanya
dari geometri perangkat (pompa) dan bilangan Reynolds.Jika
nilaiCPmindapat diperoleh baik secara eksperimental atau teoritis,
maka kita bisa membangun nilai tekanan inlet,p1,di mana kavitasi
pertama akan muncul (dengan asumsi bahwa ini terjadi ketikapmin=
pV)sebagaip1adalah menurun, yaitu...... (5.3)
yang untuk perangkat tertentu, cairan diberikan, dan suhu cairan
yang diberikan, akan menjadi fungsi hanya dari kecepatan,U.Secara
tradisional, beberapa parameter berdimensi khusus yang digunakan
dalam mengevaluasi potensi kavitasi.Mungkin yang paling mendasar
ini adalah jumlah kavitasi,,yang didefinisikan sebagai......
(5.4)
Jelas setiap aliran memiliki nilaiapakah kavitasi terjadi.Ada,
Namun, nilai tertentusesuai dengan tekanan inlet tertentu,p1,di
mana kavitasi pertama terjadi sebagai tekanan menurun.Ini disebut
jumlah awal kavitasi, dan dilambangkan dengani:...... (5.5)
Jika kavitasi awal terjadi ketikapmin= pV,maka, menggabungkan
persamaan 5.3 dan 5.5, jelas bahwa kriteria ini sesuai dengan
sejumlah kavitasi awal darii= -CPmin.Di sisi lain, keberangkatan
dari kriteria ini menghasilkan nilai-nilaiiberbeda
dari-CPmin.Beberapa variasi dalam definisi nomor kavitasi terjadi
dalam literatur.Seringkali kecepatan ujung inlet, RT1,digunakan
sebagai kecepatan referensi,U,dan versi ini akan digunakan dalam
risalah ini kecuali dinyatakan lain.Kadang-kadang, bagaimanapun,
kecepatan relatif di ujung inlet,wT1,digunakan sebagai kecepatan
referensi,U.Biasanya besaranwT1dan RT1tidak berbeda jauh, sehingga
perbedaan angka dua kavitasi kecil.Dalam konteks pompa dan turbin,
sejumlah lainnya, parameter kavitasi pengganti sering digunakan di
samping beberapa terminologi khusus.TheNPSP(tekanan hisap bersih
positif) adalah singkatan digunakan untuk(pTp1 V),di manapT1adalah
inlet tekanan total yang diberikan oleh...... (5.6)
Untuk catatan referensi di masa mendatang dari persamaan 5.6,
5.4 dan 2.17 yang...... (5.7)
Juga,NPSE,atau energi hisap bersih positif, didefinisikan
sebagai(pTp1 V)/ ,danNPSH,atau bersih positif kepala hisap,
adalah(pTp1 V)/ g.Selain itu, versi nondimensional dari jumlah ini
didefinisikan dengan cara yang mirip dengan kecepatan tertentu
sebagai...... (5.8)
dan disebut `` hisap kecepatan tertentu ''.Seperti kecepatan
tertentu,N,kecepatan spesifik isap, adalah nomor berdimensi, dan
harus dihitung dengan menggunakan satu set konsisten unit,
sepertidirad / s, Qdift3/ sdanNPSEdift2/ s2.Sayangnya, itu adalah
praktik tradisional AS untuk menggunakandirpm, Qdigpm,dan
menggunakanNPSHdikakidaripadaNPSE.Seperti dalam kasus kecepatan
tertentu, seseorang dapat memperoleh evaluasi US tradisional dengan
mengalikan hisap kecepatan tertentu yang rasional digunakan dalam
risalah ini oleh2.734,6.Kecepatan tertentu hisap mirip dalam konsep
ke nomor kavitasi dalam hal itu merupakan versi nondimensional dari
inlet atau hisap tekanan.Selain itu, akan ada nilai kritis tertentu
kecepatan tertentu hisap di mana kavitasi pertama kali muncul.Nilai
khusus ini disebut kecepatan tertentu awal hisap,Si.Pembaca harus
mencatat bahwa sering, ketika sebuah nilai `` hisap kecepatan
tertentu '' dikutip untuk pompa, nilai yang diberikan beberapa
nilai penting dariSyang mungkin atau mungkin tidak sesuai
denganSi.Lebih sering, itu sesuai denganS,nilaidi mana degradasi
dalam kebangkitan kepala mencapai nilai persentase tertentu
(lihatbagian 5.5).Kecepatan tertentu hisap,S,dapat diperoleh dari
jumlah kavitasi,,dan sebaliknya, dengan mencatat bahwa, dari
hubungan 2,17, 5,4, 5,6, dan 5,8, maka yang...... (5.9)
Kami juga harus membuat catatan dari parameter nondimensional
ketiga, yang disebut faktor kavitasi Thoma ini,TH,yang
didefinisikan sebagai...... (5.10)
mana(pTpT2 1)adalah total kenaikan tekanan di pompa.Jelas, ini
terhubung dengandanSdengan relasi...... (5.11)
Sejak kavitasi biasanya terjadi pada saluran masuk ke
pompa,THbukan merupakan parameter yang sangat berguna karena(pTpT2
1)tidak terlalu relevan dengan fenomena tersebut.5.3kavitasi
InceptionUntuk ilustrasi di bagian terakhir, kami bekerja kriteria
yang kavitasi terjadi ketika tekanan minimum di aliran hanya
mencapai tekanan uap,i= -CPmin.Jika ini terjadi, prediksi kavitasi
akan menjadi masalah sederhana.Sayangnya, keberangkatan besar dari
kriteria ini dapat terjadi dalam praktek, dan, pada bagian ini,
kita akan mencoba untuk menyajikan gambaran singkat alasan untuk
perbedaan ini.Ada, tentu saja, sebuah badan yang luas dari
literatur tentang subjek ini, dan kami tidak akan mencoba melakukan
tinjauan komprehensif.Pembaca disebut ulasan Knapp, Harian dan
Hammit (1970), Acosta dan Parkin (1975), Arakeri (1979) dan Brennen
(1994) untuk lebih detail.
Gambar 5.1 Jumlah awal diukur untuk headform axisymmetric yang
sama dalam berbagai terowongan air di seluruh dunia.Data yang
dikumpulkan sebagai bagian dari studi banding kavitasi awal oleh
Konferensi Internasional Towing Tank (Lindgren dan Johnsson 1966,
Johnsson 1969).Pertama, penting untuk menyadari bahwa uap tidak
selalu terbentuk ketika tekanan,p,dalam cairan turun di bawah
tekanan uap,pV.Memang, cairan murni dapat, secara teoritis,
mempertahankan ketegangan, p = pVp,banyak atmosfer sebelum
nukleasi, atau penampilan gelembung uap, terjadi.Proses seperti ini
disebut nukleasi homogen, dan telah diamati di laboratorium dengan
beberapa cairan murni (bukan air) dalam kondisi sangat bersih.Arus
rekayasa nyata, ini ketegangan besar tidak terjadi karena gelembung
uap tumbuh dari situs nukleasi baik pada permukaan yang mengandung
atau ditangguhkan dalam cairan.Seperti dalam kasus yang solid,
kekuatan ultimate ditentukan oleh kelemahan (konsentrasi tegangan)
yang diwakili oleh nukleasi atau `` inti. '' Penelitian telah
menunjukkan bahwa ditangguhkan inti lebih penting daripada situs
nukleasi permukaan dalam menentukan kavitasi awal.Ini inti
ditangguhkan dapat berupa salah satu dari microbubbles atau
partikel padat di mana, mungkin, ada microbubbles.Misalnya,
microbubble radius,RN,yang hanya berisi uap, adalah dalam
keseimbangan ketika tekanan cairan...... (5.12)
dimanaadalah tegangan permukaan.Oleh karena itu microbubble
seperti itu akan mengakibatkan ketegangan kritis2/ RN,dan tekanan
cairan harus jatuh di bawahpV-2/ RNsebelum microbubble akan tumbuh
ke ukuran yang terlihat.Misalnya, gelembung10mdalam air pada suhu
normal menyebabkan ketegangan dari0,14 bar.Hal ini hampir tidak
mungkin untuk menghapus semua partikel, microbubbles dan udara
terlarut dari badan besar cair (yang menangkap semua istilah ``
kualitas cairan '' digunakan untuk merujuk pada tingkat
kontaminasi).Karena kontaminasi ini, perbedaan besar dalam jumlah
awal kavitasi (dan, memang, bentuk kavitasi) telah diamati dalam
percobaan di terowongan air yang berbeda, dan bahkan di fasilitas
tunggal dengan air berbeda diproses.The ITTC tes perbandingan
(Lindgren dan Johnsson 1966, Johnsson 1969) memberikan contoh yang
sangat dramatis perbedaan ini ketika kavitasi pada headform
axisymmetric sama diperiksa di banyak terowongan air yang berbeda
di seluruh dunia.Contoh variasiipada mereka percobaan, direproduksi
sebagai 5.1.
Gambar 5.2 Beberapa fungsi distribusi jumlah inti diukur dalam
terowongan air dan di laut dengan berbagai metode (diadaptasi dari
Gates dan Acosta 1978).Karena inti kavitasi sangat penting untuk
memahami kavitasi awal, sekarang diakui bahwa cairan dalam studi
awal kavitasi harus dipantau dengan mengukur jumlah inti hadir
dalam cairan.Informasi ini biasanya disajikan dalam bentuk inti
fungsi distribusi jumlah,N (RN),yang didefinisikan sedemikian rupa
sehingga jumlah inti per unit total volume dengan jari-jari
antaraRNdanRN+ dRNdiberikan olehN (RN) dRN.Distribusi jumlah inti
khas ditunjukkan pada gambar 5.2 dimana data dari terowongan air
dan dari laut disajikan.Sebagian besar metode saat ini digunakan
untuk membuat pengukuran ini masih dalam tahap
pengembangan.Perangkat berdasarkan hamburan akustik, dan hamburan
cahaya, telah dieksplorasi.Instrumen lain, yang dikenal sebagai
kavitasi kerentanan meter, menyebabkan sampel cairan untuk
kavitasi, dan mengukur jumlah dan ukuran gelembung makroskopik yang
dihasilkan.Mungkin metode yang paling dapat diandalkan telah
menggunakan holografi untuk membuat diperbesar gambar fotografi
tiga dimensi dari volume sampel cairan yang kemudian dapat disurvei
untuk inti.Billet (1985) baru-baru ini meninjau keadaan saat
kavitasi pengukuran inti (lihat juga Katzet al1984).Mungkin menarik
untuk dicatat bahwa kavitasi sendiri merupakan sumber inti di
berbagai fasilitas.Hal ini karena udara terlarut dalam cairan akan
cenderung untuk keluar dari solusi pada tekanan rendah, dan
berkontribusi tekanan parsial udara untuk isi setiap kavitasi
gelembung makroskopik.Ketika gelembung yang convected ke daerah
tekanan tinggi dan mengembun uap, ini meninggalkan gelembung udara
kecil yang hanya redissolves sangat lambat, jika sama
sekali.Fenomena yang tak terduga ini menyebabkan kesulitan besar
untuk terowongan air pertama yang dimodelkan langsung di terowongan
angin.Ditemukan bahwa, setelah beberapa menit operasi dengan tubuh
kavitasi di bagian bekerja, gelembung yang dihasilkan oleh kavitasi
tumbuh pesat jumlahnya, dan mulai menyelesaikan rangkaian fasilitas
sehingga mereka muncul dalam aliran masuk.Segera bagian bekerja
dikaburkan oleh aliran dua fase.Solusinya memiliki dua
komponen.Pertama, terowongan air perlu dilengkapi dengan leg
panjang dan mendalam sehingga air tetap pada tekanan tinggi untuk
waktu yang cukup untuk melarutkan sebagian besar inti kavitasi
diproduksi.Kaki kembali seperti disebut sebuah `` resorber
''.Kedua, sebagian besar fasilitas terowongan air memiliki ``
deaerator '' untuk mengurangi kadar udara air untuk20-50%dari
tingkat kejenuhan pada tekanan atmosfer.Komentar-komentar ini
berfungsi untuk menggambarkan fakta bahwaN (RN)dalam fasilitas
apapun dapat berubah sesuai dengan kondisi operasi, dan dapat
diubah baik oleh deaeration dan dengan penyaringan.Sebagian besar
data angka 5,2 diambil dari terowongan air air yang telah disaring
dan agak degassed, atau dari laut yang mengejutkan bersih.Dengan
demikian, ada beberapa inti dengan ukuran lebih besar dari100m.Di
sisi lain, sangat mungkin dalam banyak aplikasi pompa untuk
memiliki jumlah yang jauh lebih besar dari gelembung yang lebih
besar dan, dalam situasi yang ekstrim, harus bersaing dengan aliran
dua fase.Gelembung gas di inflow bisa tumbuh secara substansial
karena mereka melewati daerah tekanan rendah di dalam pompa,
meskipun tekanan di mana-mana di atas tekanan uap.Fenomena seperti
itu disebut pseudo-kavitasi.Meskipun sejumlah kavitasi awal tidak
terlalu relevan dengan keadaan seperti itu, upaya untuk
mengukuridalam keadaan ini akan jelas menghasilkan nilai lebih
besar dari-CPmin.Di sisi lain, jika cairan yang cukup bersih dengan
inti hanya sangat kecil, ketegangan yang cair ini dapat
mempertahankan berarti bahwa tekanan minimum telah jatuh jauh di
bawahpVuntuk awal terjadi.Kemudianijauh lebih kecil
daripadaPmin-C.Sehingga kualitas air dan inti yang dapat
menyebabkan jumlah awal kavitasi untuk menjadi baik lebih besar
atau lebih kecil dariPmin-C.Namun demikian, setidaknya dua faktor
lain yang dapat mempengaruhii,yaitu waktu tinggal dan
turbulensi.Pengaruh waktu tinggal timbul karena inti harus tetap
pada tekanan di bawah nilai kritis untuk jangka waktu yang cukup
untuk tumbuh ke ukuran diamati.Persyaratan ini akan tergantung pada
kedua ukuran pompa dan kecepatan aliran.Hal ini juga akan
tergantung pada suhu cairan untuk, seperti yang akan kita lihat
nanti, laju pertumbuhan gelembung mungkin tergantung pada suhu
cairan.Pengaruh waktu tinggal mengharuskan daerah terbatas aliran
berada di bawah tekanan kritis, dan, karena itu, menyebabkanilebih
rendah daripada yang mungkin diharapkan.Sampai saat ini kita telah
mengasumsikan bahwa aliran dan tekanan yang laminar dan
mantap.Namun, sebagian besar arus dengan yang satu harus berurusan
turbomachinery tidak hanya bergejolak tetapi juga goyah.Vortisitas
terjadi karena mereka melekat pada turbulensi dan karena keduanya
gratis dan memaksa penumpahan vortisitas.Ini memiliki konsekuensi
penting bagi kavitasi awal, karena tekanan di tengah pusaran
mungkin jauh lebih rendah dari tekanan berarti dalam
aliran.Pengukuran atau perhitungan-CPminakan menimbulkan nilai
tekanan terendah rata-rata, sementara kavitasi mungkin pertama
terjadi pada pusaran sementara yang tengah tekanan lebih rendah
dari tekanan terendah rata-rata.Berbeda dengan tinggal faktor
waktu, ini akan menyebabkan nilai-nilai yang lebih tinggi dariidari
lain akan diharapkan.Hal ini juga akan menyebabkaniberubah dengan
bilangan Reynolds,Re.Perhatikan bahwa ini akan menjadi terpisah
dari pengaruh bilangan Reynolds pada koefisien tekanan
minimum,CPmin.Perhatikan juga bahwa kekasaran permukaan dapat
mempromosikan kavitasi dengan menciptakan lokal gangguan tekanan
rendah dengan cara yang sama seperti turbulensi.5.4PENSKALAAN
kavitasi InceptionKompleksitas masalah yang diangkat dalam bagian
terakhir membantu menjelaskan mengapa pertanyaan serius tetap
bagaimana untuk skala kavitasi awal.Ini mungkin salah satu masalah
yang paling sulit bahwa pengembang dari turbomachine cair harus
menghadapi.Tes model baling-baling kapal atau turbin besar (untuk
kutipan dua contoh umum) memungkinkan desainer untuk secara akurat
memperkirakan kinerja noncavitating perangkat.Namun, ia tidak akan
mampu menempatkan sesuatu seperti keyakinan yang sama dalam
kemampuannya untuk skala data kavitasi awal.Pertimbangkan masalah
secara lebih rinci.Mengubah ukuran perangkat akan mengubah tidak
hanya efek waktu tinggal tetapi juga jumlah Reynolds.Selanjutnya,
inti sekarang akan menjadi ukuran relatif berbeda untuk
impeller.Mengubah kecepatan dalam upaya untuk mempertahankan
Reynolds jumlah skala hanya dapat membingungkan masalah ini dengan
juga mengubah waktu tinggal.Selain itu, mengubah kecepatan juga
akan mengubah jumlah kavitasi, dan, untuk memulihkan kondisi model,
seseorang harus kemudian mengubah tekanan inlet yang dapat mengubah
konten inti.Ada juga isu apa yang harus dilakukan tentang kekasaran
permukaan dalam model dan prototipe.Masalah lain dari skala yang
muncul adalah bagaimana mengantisipasi fenomena kavitasi dalam satu
cair berdasarkan data di lain.Ini jelas merupakan kasus bahwa
sastra mengandung banyak data di atas air sebagai fluida.Data
cairan lain cukup sedikit.Memang penulis belum terletak setiap
distribusi jumlah inti untuk lainnya cairan dari air.Karena inti
memainkan peran kunci seperti itu, tidak mengherankan bahwa
kemampuan kita saat ini untuk skala dari satu cairan yang lain
cukup tentatif.Ini tidak akan tepat untuk meninggalkan hal ini
tanpa menekankan bahwa sebagian besar komentar dalam dua bagian
terakhir telah berfokus pada awal kavitasi.Setelah kavitasi menjadi
tetap, fenomena yang terjadi jauh lebih sensitif terhadap
faktor-faktor khusus, seperti konten inti.Oleh karena itu scaling
dikembangkan kavitasi dapat diantisipasi dengan lebih percaya diri
daripada skala kavitasi awal.Ini bukan, bagaimanapun, banyak
hiburan untuk insinyur dituduh menghindari kavitasi
sepenuhnya.5.5PUMP KINERJA
Gambar 5.3 Skema kinerja noncavitating, (), dan kinerja
kavitasi, (, ), menunjukkan tiga angka kavitasi kunci.Kinerja pompa
ketika disajikan nondimensionally akan mengambil bentuk generik
sketsa pada Gambar 5.3.Seperti dibahas sebelumnya, kinerja
noncavitating akan terdiri dari koefisien kepala,,sebagai fungsi
dari koefisien aliran,,dimana kondisi desain dapat diidentifikasi
sebagai titik tertentu pada ()kurva.Karakteristik noncavitating
harus independen dari kecepatan,,meskipun pada kecepatan yang lebih
rendah mungkin ada beberapa penyimpangan karena efek jumlah kental
atau Reynolds.Kinerja kavitasi,seperti yang digambarkan di sebelah
kanan pada gambar 5.3, disajikan sebagai sebuah keluarga kurva, (,
),masing-masing untuk koefisien aliran tertentu, dalam grafik
koefisien kepala terhadap jumlah kavitasi,.Sering, tentu saja,
kedua kurva kinerja disajikan dimensi;kemudian, misalnya,NPSHyang
sering digunakan sebagai pengganti nomor kavitasi sebagai absis
untuk grafik kinerja kavitasi.Hal ini berharga untuk
mengidentifikasi tiga angka kavitasi khusus dalam grafik kinerja
kavitasi.Pertimbangkan pompa beroperasi pada koefisien laju aliran
atau arus tertentu, sedangkan tekanan inlet,NPSH,atau nomor
kavitasi secara bertahap dikurangi.Sebagaimana dibahas dalam bab
sebelumnya, pertama jumlah kavitasi penting untuk dicapai adalah
bahwa di mana kavitasi pertama kali muncul;ini disebut jumlah awal
kavitasi,i.Sering terjadinya kavitasi terdeteksi oleh suara
berderak khas yang membuat (lihatbagian 6.5).Sebagai tekanan lebih
jauh berkurang, sejauh (dan kebisingan) kavitasi akan
meningkat.Namun, biasanya membutuhkan lanjut, penurunan substansial
dalamsebelum penurunan kinerja ditemui.Ketika ini terjadi, jumlah
kavitasi di mana hal itu terjadi sering didefinisikan oleh kerugian
persentase tertentu dalam kebangkitan kepala,H,atau koefisien
kepala,,seperti yang ditunjukkan pada gambar 5.3.Biasanya sejumlah
kavitasi kritis,a,didefinisikan di mana hilangnya kepala2,
3atau5%.Pengurangan lebih lanjut dalam jumlah kavitasi akan
menyebabkan kerusakan besar dalam kinerja;jumlah kavitasi di mana
hal ini terjadi disebut jumlah kavitasi breakdown, dan dilambangkan
denganb.TABEL 5.1
Kecepatan tertentu Inception dan kerusakan hisap untuk
beberapa pompa yang khas (dari McNulty dan Pearsall 1979).
PUMP TYPENDQ / QDSiSbSb/ Si
Pompa proses dengan0.310.240.252.08.0
volute dan diffuser1.200,82,53.14
Double entry pompa0.961.003.64
dengan volute1.200,82.12.67
Sentrifugal pompa w.0,550.750,62.414.02
diffuser dan volute1.000,82.673.34
Pompa air pendingin1,350.500.653.405.24
(1/5 skala model)0.750.603.696.16
1.000.833.384.07
Pompa air pendingin1,350.500,552.634.76
(1/8 skala model)0.750.783.444.40
1.000.994.094.12
1,251.072.452.28
Pompa air pendingin1,350.500.883.814.35
(1/12 model skala)0.750.994.664.71
1.000.753.254.30
1,250.721.602.22
Pompa volute1.000.600.761.742.28
1.000.832.482,99
1.201.212.472.28
Hal ini penting untuk menekankan bahwa tiga angka kavitasi
tersebut dapat mengambil nilai-nilai yang sangat berbeda, dan untuk
membingungkan mereka dapat menyebabkan kesalahpahaman yang
serius.Misalnya, jumlah kavitasi awal,i,bisa menjadi urutan
besarnya lebih besar dariataub.Ada ada, tentu saja, satu set yang
sesuai hisap kecepatan tertentu kritis yang kita dilambangkan
denganSi, S,danSb.Beberapa nilai-nilai khas parameter ini disajikan
dalam tabel 5.1 yang telah diadaptasi dari McNulty dan Pearsall
(1979).Perhatikan perbedaan besar antaraSidanSb.
Gambar 5.4 Hydraulic Institute standar untuk pengoperasian pompa
dan turbin (Hydraulic Institute 1965).
Gambar 5.5 Inception dan kerugian head nomor kavitasi 3% diplot
terhadap sejumlah Reynolds (berdasarkan wT1dan pisau panjang chord)
selama empat laju aliran (dari McNulty dan Pearsall 1979).Mungkin
kesalahpahaman yang paling umum menyangkut rekomendasi dari
Institute hidrolik yang direproduksi pada Gambar 5.4.Hal ini
menunjukkan bahwa pompa harus dioperasikan dengan faktor kavitasi
Thoma,TH,lebih dari nilai yang diberikan pada gambar untuk
kecepatan tertentu tertentu dari aplikasi.Garis, pada kenyataannya,
sesuai dengan hisap kecepatan tertentu kritis3.0.Sering, ini keliru
ditafsirkan sebagai nilaiSi.Bahkan, itu lebih
sepertisebuahS;operasi di atas garis pada gambar 5.4tidakberarti
tidak adanya kavitasi, atau kerusakan kavitasi.Data dari McNulty
dan Pearsall (1979) untukidandipompa khas disajikan secara grafis
pada gambar 5.5 sebagai fungsi dari fraksi aliran desain dan jumlah
Reynolds (atau kecepatan).Perhatikan pencar luas dalam data awal,
dan bahwa tidak ada tren yang jelas dengan nomor Reynolds tampaknya
hadir.Bagian berikutnya akan mencakup deskripsi kualitatif dari
berbagai bentuk kavitasi yang dapat terjadi pada pompa.Setelah itu,
pengembangan rinci kavitasi di pompa akan dijelaskan, dimulai
padabagian 5.7dengan pembahasan awal.5.6JENIS IMPELLER kavitasi
Gambar 5.6 Jenis kavitasi di pompa.Sejak kavitasi dalam impeller
pompa dapat mengambil berbagai bentuk (lihat, misalnya, Wood 1963),
adalah tepat pada tahap ini untuk mencoba beberapa deskripsi dan
klasifikasi jenis kavitasi.Perlu diingat bahwa setiap klasifikasi
tersebut tentu agak sewenang-wenang, dan bahwa jenis kavitasi dapat
terjadi yang tidak mudah jatuh dalam sistem klasifikasi.Gambar 5.6
meliputi sketsa dari beberapa bentuk kavitasi yang dapat diamati
dalam aksial impeller aliran unshrouded.Sebagai tekanan inlet
menurun, awal hampir selalu terjadi di pusaran ujung yang
dihasilkan oleh sudut mana terdepan memenuhi ujung.Gambar 5.7
termasuk foto dari kavitasi tip vortex khas dari tes Impeller IV
(model skala yang SSME tekanan rendah LOX turbopump ditunjukkan
dalam gambar 2.12).Perhatikan bahwa arus balik yang menyebabkan
aliran di sekitar pusaran memiliki komponen kecepatan
hulu.Smoothing hati-hati transisi dari tepi menuju ke ujung dapat
mengurangii,tetapi tidak akan menghilangkan pusaran, atau pusaran
kavitasi.
Gambar 5.7 Tip pusaran kavitasi pada Impeller IV, model skala
SSME tekanan rendah LOX turbopump (lihat gambar 2.12) pada
koefisien aliran inlet, 1,0,07 dan sejumlah kavitasi, , 0,42 (dari
Braisted 1979).Biasanya jumlah kavitasi harus diturunkan sedikit
lebih lanjut sebelum perkembangan selanjutnya terjadi, dan sering
ini mengambil bentuk bepergian gelembung kavitasi pada permukaan
hisap pisau.Inti di inflow tumbuh karena mereka convected ke daerah
tekanan rendah pada permukaan hisap pisau, dan kemudian runtuh
karena mereka pindah ke daerah tekanan tinggi.Untuk kenyamanan, ini
akan disebut `` gelembung kavitasi. '' Hal ini diilustrasikan pada
Gambar 5.8 yang menunjukkan gelembung kavitasi pada hydrofoil
tunggal.
Gambar 5.8 gelembung kavitasi pada permukaan dari NACA 4412
hydrofoil nol sudut datang, kecepatan 13,7 m / s dan sejumlah
kavitasi 0,3.Aliran ini dari kiri ke kanan dan tepi terkemuka foil
hanya di sebelah kiri silau Patch putih pada permukaan (Kermeen
1956).Dengan pengurangan lebih lanjut dalam jumlah kavitasi,
gelembung dapat bergabung membentuk rongga terpasang besar atau
wake uap penuh pada permukaan hisap pisau.Dalam konteks yang lebih
umum, ini dikenal sebagai `` melekat kavitasi ''.Dalam konteks
pompa, sering disebut `` kavitasi pisau ''.Gambar 5.9 menyajikan
contoh pisau kavitasi dalam pompa sentrifugal.
Gambar 5.9 pisau kavitasi pada permukaan hisap pisau di sebuah
pompa sentrifugal.Relatif aliran dari kiri ke kanan dan rongga
dimulai di tepi terkemuka dari pisau yang menuju kiri foto itu.Dari
Sloteman, Cooper, dan Graf (1991), milik Ingersoll-Dresser Pompa
Perusahaan.Ketika rongga pisau (atau gelembung atau pusaran rongga)
meluas ke titik di permukaan hisap berlawanan tepi terkemuka pisau
berikutnya, peningkatan tekanan di bagian pisau cenderung runtuh
rongga.Akibatnya, permukaan berlawanan tepi terkemuka pisau
berikutnya adalah lokasi di mana kerusakan kavitasi sering
dijumpai.
Gambar 5.10 cascade sebagian kavitasi (kiri) dan supercavitating
kaskade (kanan).
Gambar 5.11 Sebagai tokoh 5.7, tapi di sini menunjukkan khas
aliran balik kavitasi.Kavitasi pisau yang runtuh pada permukaan
hisap pisau juga disebut sebagai `` kavitasi parsial '', dalam
rangka untuk membedakannya dari keadaan yang terjadi pada nomor
kavitasi sangat rendah, ketika rongga dapat meluas ke aliran debit
hilir trailing edge dari pisau.Ini rongga panjang, yang jelas lebih
mungkin terjadi pada mesin soliditas rendah, yang disebut ``
supercavities ''.Gambar 5.10 menggambarkan perbedaan antara
kavitasi parsial dan superkavitasi.Beberapa pompa bahkan telah
dirancang untuk beroperasi dalam kondisi supercavitating (Pearsall
1963).Potensi keuntungan adalah bahwa runtuhnya gelembung maka akan
terjadi hilir pisau, dan kerusakan kavitasi mungkin sehingga dapat
diminimalkan.Akhirnya, itu berharga untuk menciptakan menangkap
semua istilah `` arus balik kavitasi '' untuk merujuk pada
gelembung kavitasi dan pusaran yang terjadi di wilayah annular
aliran balik hulu pesawat inlet ketika pompa diperlukan untuk
beroperasi dalam kondisi dimuat di bawah tingkat aliran desain
(lihatbagian 4.5).Kenaikan tekanan meningkat di pompa dalam keadaan
ini dapat menyebabkan aliran tip clearance untuk menembus hulu dan
menghasilkan arus balik yang dapat memperpanjang banyak diameter
hulu pesawat inlet.Ketika pompa juga cavitates, gelembung dan
vortisitas yang terhanyut dalam arus balik ini dan, pengamat,
sering dapat mewakili bentuk yang paling terlihat dari
kavitasi.Gambar 5.11 termasuk foto yang menggambarkan penampilan
khas aliran balik kavitasi hulu pesawat inlet inducer.5,7kavitasi
Inception DATA
Gambar 5.12 Histogram dari populasi inti di dirawat dan diobati
air keran dan nomor awal kavitasi sesuai di headforms hemispherical
dari tiga diameter yang berbeda (Keller 1974).Dalambagian 5.3peran
penting yang dimainkan oleh inti kavitasi dalam menentukan kavitasi
awal digambarkan dengan mengacu pada tes ITTC comparitive (gambar
5.1).Sekarang jelas bahwa pengukuran kavitasi awal nilai kecil
kecuali penduduk inti didokumentasikan.Sayangnya, ini menimbulkan
pertanyaan nilai sebagian besar data kavitasi awal ditemukan dalam
literatur.Dan, bahkan lebih penting dalam konteks ini, adalah
kenyataan bahwa ini mencakup hampir semua pengamatan kavitasi awal
di pompa.Untuk menggambarkan hal ini, kami mereproduksi pada gambar
Data 5,12 diperoleh Keller (1974) yang diukur nomor awal kavitasi
untuk arus sekitar tubuh hemispherical.Air diperlakukan dengan cara
yang berbeda sehingga mengandung populasi yang berbeda dari inti,
seperti yang ditunjukkan di sebelah kiri pada gambar 5.12.Sebagai
salah satu mungkin mengantisipasi, air dengan tinggi populasi inti
memiliki sejumlah kavitasi awal secara substansial lebih
besar.Salah satu konsekuensi dari ketergantungan ini pada populasi
inti adalah bahwa hal itu dapat menyebabkan jumlah kavitasi di mana
kavitasi menghilang ketika tekanan meningkat (dikenal sebagai ``
desinent '' jumlah kavitasi,d)lebih besar dari nilai di mana
kavitasi muncul ketika tekanan menurun, yaitui.Fenomena ini disebut
`` kavitasi hysteresis '' (Holl dan Treaster 1966), dan sering
hasil dari fakta yang disebutkan sebelumnya (bagian 5.3) bahwa
kavitasi sendiri dapat meningkatkan populasi inti dalam fasilitas
sirkulasi.Contoh kavitasi hysteresis dalam tes pada pompa aliran
aksial dalam sebuah loop tertutup diberikan pada Gambar 7.8.
Gambar 5.13 Kepala kenaikan dan garis hisap suara sebagai fungsi
dari faktor kavitasi Thoma, TH,untuk pompa sentrifugal yang khas
(diadaptasi dari McNulty dan Pearsall 1979).Salah satu komplikasi
tambahan adalah sifat subjektif dari penilaian bahwa kavitasi telah
muncul.Visual pemeriksaan ini tidak selalu mungkin, juga bukan
sangat objektif, karena jumlah `` peristiwa '' (sebuah acara adalah
pertumbuhan gelembung tunggal dan runtuh) cenderung meningkat
selama rentang angka kavitasi.Jika, oleh karena itu, satu dibuat
penilaian berdasarkan pada tingkat kejadian kritis tertentu, tidak
dapat dihindari bahwa jumlah awal kavitasi akan meningkat dengan
populasi inti, seperti pada gambar 5.12.Percobaan telah menemukan,
bagaimanapun, bahwa produksi kebisingan adalah ukuran sederhana dan
lebih berulang dari awal dari pengamatan visual.Sementara masih
tunduk pada variasi dengan populasi inti, ia memiliki keuntungan
menjadi terukur.Gambar 5.13, dari McNulty dan Pearsall (1979),
menggambarkan peningkatan pesat dalam kebisingan dari pompa
sentrifugal ketika kavitasi awal terjadi (data pada awal pada
gambar 5.5 dan tabel 5.1 diperoleh akustik).
Gambar 5.14 Pengaruh kadar udara di nomor kavitasi penting untuk
pompa sentrifugal (Schoeneberger 1965 Pearsall 1972).Meskipun
informasi mengenai inti yang hilang di sebagian besar percobaan,
total kadar udara air sering dipantau.Satu akan menganggap bahwa
populasi inti akan meningkat dengan kandungan udara, dan ini
biasanya terjadi.Beberapa data pada ketergantungan angka kavitasi
penting untuk pompa sentrifugal pada isi udara total termasuk dalam
angka 5.14.Seperti yang diharapkan, jumlah kavitasi awal,i,
meningkat dengan kadar udara.Namun, perlu diketahui bahwa jumlah
kerusakan kavitasi,b, cukup independen dari konten udara, ilustrasi
fakta bahwa, setelah telah dimulai, kavitasi jauh lebih tergantung
pada populasi inti.
Gambar 5.15 Kavitasi karakteristik awal dari NACA 4412 hydrofoil
(Kermeen 1956).Setelah dimulai dengan mempertanyakan nilai banyak
data kavitasi awal, kami tetap akan melanjutkan untuk meninjau
beberapa tren penting dalam data base.Dalam melakukannya kita
mungkin berlindung di pemikiran bahwa setiap simpatisan mungkin
menerapkan kriteria yang konsisten dalam menilai kavitasi awal, dan
bahwa kandungan inti dalam fasilitas yang diberikan mungkin cukup
konstan (meskipun yang terakhir ini sangat diragukan).Kemudian,
meskipun data dari peneliti yang berbeda dan facilties dapat
tersebar luas, orang akan berharap bahwa tren dipamerkan dalam
sebuah proyek penelitian tertentu akan kualitatif
signifikan.Pertimbangkan pertama karakteristik awal dari hydrofoil
tunggal sebagai sudut insiden bervariasi.Data yang khas, yang
diperoleh Kermeen (1956) untuk NACA 4412 hydrofoil, direproduksi
pada Gambar 5.15.Pada sudut positif dari kejadian, daerah tekanan
rendah dan kavitasi awal akan terjadi pada permukaan hisap;pada
sudut negatif kejadian, fenomena ini akan beralih ke apa yang
biasanya permukaan tekanan.Selain itu, sebagai sudut insiden
meningkat di kedua arah, nilai-CPminakan meningkat, dan karenanya
jumlah awal kavitasi juga akan meningkat.
Gambar 5.16 Menghitung jumlah kavitasi awal, i(atau -CPmin),
sebagai fungsi dari sudut blade, b1, soliditas, s, dan sudut
datang, , untuk riam NACA-65-010 hydrofoils (Herrig et al . 1957,
Pearsall 1972).Ketika hydrofoils tersebut digunakan untuk membangun
kaskade, hasil juga akan tergantung pada soliditas kaskade,s.Data
pada distribusi tekanan di sekitar pisau di kaskade (seperti yang
dari Herriget al.1957) dapat digunakan untuk menentukanCPminsebagai
fungsi dari sudut blade,b1, soliditas,s, dan sudut
insiden,.Akibatnya, seseorang dapat mengantisipasi variasi dalam
jumlah awal dengan variabel-variabel ini, dengan asumsi pendekatan
orde pertama,i= -CPmin.Contoh data tersebut disajikan dalam gambar
5.16;ini diperoleh Pearsall (1972) dari data riam Herriget
al.(1957).Perhatikan bahwa kaskade tertentu akan memiliki sudut
positif tertentu kejadian, biasanya, beberapa derajat, di
manaiadalah minimum.Sudut optimum perubahan kejadian dengan
berbagaisdanb1;Namun, tampaknya terletak dalam kisaran yang cukup
sempit antara 1 dan 5 derajat untuk berbagai variabel desain.Dalam
pompa, sudut datang biasanya kecil di sekitar laju aliran desain,
tetapi akan meningkat secara substansial di atas atau di bawah
nilai desain.Akibatnya, di pompa, jumlah kavitasi awal cenderung
memiliki minimal pada tingkat aliran desain.Hal ini digambarkan
pada Gambar 5.17 yang meliputi beberapa data dari pompa sentrifugal
yang khas, dan dengan data pada gambar 7.7 untuk pompa aliran
aksial.
Gambar 5.17 Variasi dalam jumlah awal dengan laju alir untuk
pompa sentrifugal yang khas (diadaptasi dari McNulty dan Pearsall
1979).
Gambar 5.18 Jumlah kavitasi desinent selama tiga hydrofoils
geometris serupa Joukowski nol sudut insiden sebagai fungsi dari
bilangan Reynolds, Uc / (Holl dan Wislicenus 1961).Perhatikan C
teoritisPmin= -0,54.Sebagaimana dibahas dalambagian 5.4, scaling
fenomena kavitasi dengan ukuran dan dengan kecepatan bisa menjadi
masalah penting.Data khas untuk kavitasi awal pada hydrofoil
tunggal yang diperoleh Holl dan Wislicenus (1961);itu direproduksi
pada gambar 5.18.Data selama tiga ukuran yang berbeda
dari12%Joukowski hydrofoil (nol sudut insiden) diperoleh pada
kecepatan yang berbeda.Itu diplot terhadap bilangan Reynolds dengan
harapan bahwa ini akan mengurangi data untuk kurva tunggal.Fakta
bahwa ini tidak terjadi menunjukkan bahwa ada ukuran atau kecepatan
efek terpisah dari yang karena jumlah Reynolds.Tampaknya masuk akal
bahwa parameter hilang adalah rasio ukuran inti untuk kord
panjang;Namun, dengan tidak adanya informasi mengenai inti,
kesimpulan semacam itu adalah spekulatif.Untuk melengkapi daftar
faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kavitasi awal, perlu untuk
menyebutkan efek kekasaran permukaan dan tingkat turbulensi dalam
aliran.Dua efek yang terhubung ke beberapa derajat, karena
kekasaran akan mempengaruhi tingkat turbulensi.Tapi kekasaran juga
dapat mempengaruhi aliran dengan menunda pemisahan lapisan batas
dan karena itu memodifikasi bidang tekanan dan kecepatan dengan
cara yang lebih global.Pembaca disebut Arndt dan Ippen (1968) untuk
rincian efek kekasaran permukaan pada kavitasi awal.Turbulensi
mempengaruhi kavitasi awal karena inti mungkin menemukan dirinya
dalam inti pusaran di mana tingkat tekanan lebih rendah dari
rata-rata.Oleh karena itu bisa kavitasi saat itu mungkin tidak
melakukannya di bawah pengaruh tingkat tekanan berarti berlaku.Jadi
turbulensi dapat mempromosikan kavitasi, tetapi juga harus
memungkinkan untuk fakta bahwa itu dapat mengubah bidang tekanan
global dengan mengubah lokasi pemisahan aliran.Efek kental rumit
pada kavitasi awal pertama kali diperiksa secara detail oleh
Arakeri dan Acosta (1974) dan Gates dan Acosta (1978) (lihat juga
Arakeri 1979).Implikasi untuk kavitasi awal dalam lingkungan yang
sangat bergolak paling arus pompa belum diperiksa secara
detail.
Gambar 5.19 Jumlah awal kavitasi, i, sebagai fungsi dari tip
clearance, (maxadalah ketebalan pisau maksimum), di pompa aliran
aksial unshrouded di berbagai koefisien aliran, (diadaptasi dari
Rains 1954).
Gambar 5.20 The kavitasi jumlah awal sebagai fungsi dari tip
clearance radial di inducer aksial (Janigro dan Ferrini 1973 dari
data Acosta 1958 dan Henderson dan Tucker 1962).Dalam
turbomachinery unshrouded, kavitasi biasanya dimulai di vortisitas
terkait dengan arus tip clearance, dan sehingga sangat penting
untuk menyelidiki bagaimana tip clearance akan mempengaruhi jumlah
awal.Dalam angka 5.19 dan 5.20 diamati nomor awal kavitasi untuk
tip clearance mengalir di impeller aliran aksial diplot terhadap
tip clearance nondimensional.Variasi khas dengan sudut datang atau
aliran koefisien diilustrasikan pada Gambar 5.19 (Rains
1954).Karena perbedaan tekanan antara kedua belah pihak meningkat
pisau dengan sudut datang, kecepatan dari aliran tip clearance juga
harus meningkat, dan ini berarti bahwaiharus meningkatkan Sejalan,
seperti halnya pada gambar 5.19.Sebuah fitur kedua yang tidak jelas
dalam data Rains ', tetapi terwujud dalam data Acosta (1958) dan
Henderson dan Tucker (1962), adalah bahwa tampaknya ada sebuah tip
clearance yang optimal dari sekitar1%dari ketinggian pisau.Pada
optimum ini, jumlah kavitasi awal adalah minimum.Hal ini
digambarkan pada gambar 5.20.
KAVITASI
Kavitasi adalah fenomena perubahan phase uap dari zat cair yang
sedang mengalir, karena tekanannya berkurang hingga di bawah
tekanan uap jenuhnya. Pada pompa bagian yang sering mengalami
kavitasi adalah sisi isap pompa. Hal ini terjadi jika tekanan isap
pompa terlalu rendah hingga dibawah tekanan uap jenuhnya, hal ini
dapat menyebabkan : Suara berisik, getaran atau kerusakan komponen
pompa tatkala gelembung-gelembung fluida tersebut pecah ketika
melalui daerah yang lebih tinggi tekanannya Kapasitas pompa menjadi
berkurang Pompa tidak mampu membangkitkan head (tekanan)
Berkurangnya efisiensi pompa.Secara umum, terjadinya kavitasi
diklasifikasikan atas 5 alasan dasar :1.Vaporisation -
Penguapan.Fluida menguap bila tekanannya menjadi sangat rendah atau
temperaturnya menjadi sangat tinggi. Setiap pompa sentrifugal
memerlukan head(tekanan) pada sisi isap untuk mencegah penguapan.
Tekanan yang diperlukan ini, disiapkan oleh pabrik pembuat pompa
dan dihitung berdasarkan asumsi bahwa air yang dipompakan adalah
'fresh water' pada suhu 68oF. Dan ini disebut Net Positive Suction
Head Available (NPSHA)Karena ada pengurangan tekanan (head losses)
pada sisi suction( karena adanya valve, elbow, reduser, dll), maka
kita harus menghitung head total pada sisi suction dan biasa
disebut Net Positive Suction Head is Required (NPSHR).Nah nilai
keduanya mempengaruhi terjadinya penguapan, maka untuk mencegah
penguapan, syaratnya adalah :NPSHA - Vp NPSHRDimana Vp : Vapor
pressure fluida yang dipompa.Dengan kata lain untuk memelihara
supaya vaporization tidak terjadi maka kita harus melakukan hal
berikut :1.Menambah Suction head, dengan : Menambah level liquid di
tangki. Meninggikan tangki. Memberi tekanan tangki. Menurunkan
posisi pompa(untuk pompa portable). Mengurangi head losses pada
suction piping system. Misalnya dengan mengurangi jumlah fitting,
membersihkan striner, cek mungkin venting tangki tertutup) atau
bertambahnya speed pompa.2.Mengurangi Tempertur fluida, dengan :
Mendinginkan suction dengan fluida pendingin Mengisolasi suction
pompa Mencegah naiknya temperature dari bypass system dari pipa
discharge.3.Mengurangi NPSHR, dengan : Gunakan double suction. Ini
bias mengurangi NPSHR sekitar 25 % dan dalam beberapa kasus
memungkinkan penambahan speed pompa sebesar 40 %. Gunakan pompa
dengan speed yang lebih rendah. Gunakan impeller pompa yang
memiliki bukaan 'lobang' (eye) yang lebih besar. Install Induser,
dapat mereduksi NPSHR sampai 50 %. Gunakan pompa yang lebih kecil.
Menggunakan 3 buah pompa kecil dengan ukuran kapasitas separuhnya,
hitungannya lebih murah dari pada menggunakan pompa besar dan
spare-nya. Lagi pula dapat menghemat energy.KAVITASI PADA POMPA
(II)
Pada bagian pertama tulisan yang lalu, kita telah mengenal apa
itu kavitasi, efek yang ditimbulkannya dan klasifikasi
kavitasi,yaitu :
1.Vaporisation - Penguapan.Selanjutnya kita kaji secara singkat
klasifikasi yang kedua
2. Air Ingestion - Masuknya Udara Luar ke Dalam SystemPompa
sentrifugal hanya mampu meng'handle' 0.5% udara dari total volume.
Lebih dari 6% udara, akibatnya bisa sangat berbahaya, dapat merusak
komponen pompa.Udara dapat masuk ke dalam system melalui beberapa
sebab, antara lain : Dari packing stuffing box (Bagian A - Lihat
Gambar). Ini terjadi, jika pompa dari kondensor, evaporator atau
peralatan lainnya bekerja pada kondisi vakum. Letak valve di atas
garis permukaan air (water line). Flens (sambungan pipa) yang
bocor. Tarikan udara melalui pusaran cairan (vortexing fluid). Jika
'bypass line' letaknya terlalu dekat dengan sisi isap, hal ini akan
menambah suhu udara pada sisi isap. Berkurangnya fluida pada sisi
isap, hal ini dapat terjadi jika level cairan terlalu rendah.
Vortexing FluidaKeduanya, baik penguapan maupun masuknya udara
ke dalam system berpengaruh besar terhadap kinerja pompa yaitu pada
saat gelembung-gelembung udara itu pecah ketika melewati 'eye
impeller'(Bagian G - Lihat Gambar) sampai pada sisi keluar (Sisi
dengan tekanan yang lebih tinggi). Terkadang, dalam beberapa kasus
dapat merusak impeller atau casing. Pengaruh terbesar dari adanya
jebakan udara ini adalah berkurangnya kapasitas pompa.
3. Internal Recirculation - Sirkulasi Balik di dalam
SystemKondisi ini dapat terlihat pada sudut terluar (leading edge)
impeller, dekat dengan diameter luar, berputar balik ke bagian
tengah kipas. Ia dapat juga terjadi pada sisi awal isap pompa.Efek
putaran balik ini dapat menambah kecepatannya sampai ia menguap dan
kemudian 'pecah' ketika melalui tempat yang tekanannya lebih
tinggi. Ini selalu terjadi pada pompa dengan NPSHA yang rendah.
Untuk mengatasi hal tersebut, kita harus tahu nilaiSuction Spesific
Speed, yang dapat digunakan untuk mengontrol pompa saat beroperasi,
berapa nilai terdekat yang teraman terhadap nilai BEP(Best
Efficiency Point) pompa yang harus diambil untuk mencegah
terjadinya masalah.NilaiSuction Spesific Speedyang diijinkan adalah
antara 3.000 sampai 20.000. Rumus yang dipakai adalah :
Dimana : rpm = Kecepatan PompaCapacity = Gallons per menit, atau
liters per detik dari impeller terbesar pada nilai BEP(Best
Efficiency Point) -nya.Head = Net Positive Suction Head is Required
(feet atau meter)pada nilai rpm-nya.Catatan penting : Untuk
pompadouble suction, kapasitas dibagi 2 karena ada 2impeller eyes.
Ideal untuk 'membeli' pompa dengan nilaiSuction Spesific
Speedkurang dari 8500(5200 metrik) kecuali untuk kondisi yang
ekstrim. Mixed Hydrocarbon dan air panas idealnya pada 9000 12000
(55007300 metric) atau lebih tinggi, lebih bagus. NilaiSuction
Spesific Speedyang tinggi menandakan impeller eye-nya lebih besar
dari biasanya dan biasanya nilai efisiensinya disesuaikan dengan
nilai NPSHR yang rendah. Lebih tinggi nilaiSuction Spesific
Speedmemerlukan desain khusus, operasinya memungkinkan adanya
kavitasi. Biasanya, pompa yang beroperasi dibawah 50% dari nilai
BEP-nya tidakreliable.
Jika kita memakaiopen impeller, kita dapat mengoreksiinternal
recirculationdengan mengatur suaian(clearance) impeller sesuai
dengan spesifikasi pabrik pembuatnya.
Jenis impellerUntuk jenisClosed Impellerlebih banyak masalahnya
dan kebanyakan pada prakteknya dikembalikan ke pabrik pembuatnya
untuk di evaluasi atau mungkin didesain ulang pada impellernya atau
perubahan ukuran suaian(clearance) padawearing ring.
KAVITASI PADA POMPA (III)Pada dua tulisan yang lalu : di sini
dan di sini, kita telah mengenal apa itu kavitasi, efek yang
ditimbulkannya dan klasifikasi kavitasi,yaitu :
1.Vaporisation - Penguapan.2. Air Ingestion - Masuknya Udara
Luar ke Dalam System3. Internal Recirculation - Sirkulasi Balik di
dalam SystemSelanjutnya kita kaji secara singkat klasifikasi yang
keempat :4. Turbulence - Pergolakan AliranKita selalu menginginkan
aliran fluida pada kecepatan yang konstan. Korosi dan hambatan yang
ada pada system perpipaan dapat merubah kecepatan fluida dan setiap
ada perubahan kecepatan, tekanannya juga berubah. Untuk menghambat
hal tersebut, perlu dilakukan perancangan system perpipaan yang
baik. Antara lain memenuhi kondisi berikut :Jarak minimum antara
suction pompa dengan elbow yang pertama minimal 10 X diameter
pipa.Pada pengaturan banyak pompa, pasangsuction bellspadabaysyang
terpisah, sehingga satu sisi isap pompa tidak akan mengganggu yang
lainnya. Jika ini tidak memungkinkan, beberapa buah pompa bisa
dipasang pada satu bak isap (sump) yang besar, dengan syarat :
Posisi pompa tegak lurus dengan arah aliran. Jarak antara dua
'center line' pompa minimum dua kali suction diameter. Semua pompa
dalam keadaan 'runing'. Bagian piping upstream paling tidak
memiliki pipa yang lurus dengan panjang minimal 10 x diameter pipa.
Setiap pompa harus memiliki kapasitas kurang dari 15.000 gpm.
Suaian dasar pompa seharusnya sekitar 30% diameter pipa isap.
Hubungan kedalaman pemasangan pompa dengan kapasitas disesuaikan
dengan table berikut :KapasitasKedalaman Minimum
20,000 GPM4 FEET
100,000 GPM8 FEET
180,000 GPM10 FEET
200,000 GPM11 FEET
250,000 GPM12 FEET
Untuk metrik :KapasitasKedalaman Minimum
4,500 M3/HR1.2 METERS
22,500 M3/HR2.5 METERS
40,000 M3/HR3.0 METERS
45,000 M3/HR3.4 METERS
55,000 M3/HR3.7 METERS
5. Vane Passing SyndromeKerusakan akibat kavitasi jenis ini
terjadi ketika diameter luar impeller lewat terlalu dekat dengan
'cutwater' pompa. Kecepatan aliran fluida ini bertambah tatkala
alirannya melalui lintasan kecil tersebut, tekanan berkurang dan
menyebabkan penguapan lokal. Gelembung udara yang terbentuk
kemudian pecah pada tempat yang memiliki tekanan yang lebih tinggi,
sedikit diluar alurcutwater.Hal inilah yang menyebabkan kerusakan
padavolute(rumah keong)pompa.Untuk mencegah pergerakan poros yang
berlebihan, beberapa pabrik pembuat memasangbulkhead
ringspadasuction eye. Pada sisi keluar (discharge), ring dapat
dibuat untuk memperpanjang sisi keluar dari dinding discharge
sampai selubung impeller.
PENGARUH KAVITASI TERHADAP KINERJA POMPAPada empat tulisan
sebelumnya kita telah mengenal pengaruh kavitasi dan klasifikasi
kavitasi berdasarkan penyebab utamanya.Kali ini kita kembali
memperdalam pengaruh kavitasi ini secara lebih detil. Sebelumnya
kita telah tahu pengaruh kavitasi secara umum adalah sebagai
berikut : Berkurangnya kapasitas pompa Berkurangnya head (pressure)
Terbentuknya gelembung-gelembung udara pada area bertekanan rendah
di dalam selubung pompa (volute) Suara bising saat pompa berjalan.
Kerusakan pada impeller atau selubung pompa(volute).Pada tulisan
ini akan kita bahas kenapa semua itu bisa terjadi.Kavitasi
dinyatakan dengancavitiesatau lubang di dalam fluida yang kita
pompa. Lubang ini juga dapat dijelaskan sebagai
gelembung-gelembung, maka kavitasi sebenarnya adalah pembentukan
gelembung-gelembung dan pecahnya gelembung tersebut. Gelembung
terbentuk tatkala cairan mendidih. Hati-hati untuk menyatakan
mendidih itu sama dengan air yang panas untuk disentuh, karena
oksigen cair juga akan mendidih dan tak seorang pun menyatakan itu
panas.Mendidihnya cairan terjadi ketika ia terlalu panas atau
tekananya terlalu rendah. Pada tekanan permukaan air laut 1 bar
(14,7 psia) air akan mendidih pada suhu 212oF (100oC). Jika
tekanannya turun air akan mendidih pada suhu yang lebih rendah. Ada
tabel yang menyatakan titik didih air pada setiap suhu yang
berbeda. Sebagai contoh dapat dilihat tabel berikut
:FahrenheitCentigradeVapor pressure lb/in2 AVapor pressure (Bar)
A
404.40.12170.00839
10037.80.94920.06546
18082.27.5100.5179
21210014.6961.0135
300148.967.014.62
Satuan tekanan di sini yang digunakan adalah absolute bukan
pressure gauge, ini jamak dipakai tatkala kita berbicara mengenai
sisi isap pompa untuk menghindari tanda minus. Maka saat menyebut
tekanan atmosfir nol, kita katakan 1 atm sama dengan 14,7 psia pada
permukaan air laut dan pada sistim metrik kita biasa memakai 1 bar
atau 100 kPa.Kita balik ke paragraf pertama untuk menjelaskan
akibat dari kavitasi, sehingga kita lebih tahu apa sesungguhnya
yang terjadi.
Kapasitas Pompa Berkurang Ini terjadi karena gelembung-gelembung
udara banyak mengambil tempat(space), dan kita tidak bisa memompa
cairan dan udara pada tempat dan waktu yang sama. Otomatis cairan
yang kita perlukan menjadi berkurang. Jika gelembung itu besar
padaeye impeller, pompa akan kehilangan pemasukan dan akhirnya
perlupriming(tambahan cairan pada sisi isap untuk menghilangkan
udara).Tekanan (Head) kadang berkurangGelembung-gelembung tidak
seperti cairan, ia bisa dikompresi (compressible). Nah, hasil
kompresi inilah yang menggantikan head, sehingga head pompa
sebenarnya menjadi berkurang.
Pembentukan gelembung pada tekanan rendah karena mereka tidak
bisa terbentuk pada tekanan tinggi.Kita harus selalu ingat bahwa
jika kecepatan fluida bertambah, maka tekanan fluida akan
berkurang. Ini artinya kecepatan fluida yang tinggi pasti di daerah
bertekanan rendah.Ini akan menjadi masalah setiap saat jika ada
aliran fluida melalui pipa terbatas, volute atau perubahan arah
yang mendadak. Keadaan ini sama dengan aliran fluida pada penampang
kecil antara ujung impeller denganvolute cut water.
Bagian-bagian Pompa Rusak Gelembung-gelembung itu pecah di dalam
dirinya sendiri, ini dinamakanimplodingkebalikan
dariexploding.Gelembung-gelembung itu pecah dari segala sisi,
tetapi bila ia jatuh menghantam bagian dari metal seperti impeller
atau voluteia tidak bisa pecah dari sisi tersebut, maka cairan
masuk dari sisi kebalikannya pada kecepatan yang tinggi dilanjutkan
dengan gelobang kejutan yang mampu merusak part pompa. Ada bentuk
yang unik yaitu bentuk lingkaran akibat pukulan ini, dimana metal
seperti dipukul dengan 'ball peen hammer'. Kerusakan ini kebanyakan
terjadi membentuk sudut ke kanan pada metal, tetapi pengalaman
menunjukan bahwa kecepatan tinggi cairan kelihatannya datang dari
segala sudut.Semakin tinggi kapasitas pompa, kelihatannya semakin
mungkin kavitasi terjadi. NilaiSpecific speed pumpyang tinggi
mempunyai bentuk impeller yang memungkinkan untuk beroperasi pada
kapasitas yang tinggi dengan power yang rendah dan kecil
kemungkinan terjadi kavitasi. Hal ini biasanya dijumpai pada casing
yang berbentuk pipa, dari pada casing yang berbentuk volute seperti
yang sering kita lihat.