Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret

KAVITASI PADA POMPA SENTRIFUGAL

Oleh : Sidiq Adhi Darmawan

A. PENGERTIAN

Kavitasi merupakan kondisi abnormal yang sering terjadi pada pompa. “Kavitasi” berasal

dari kata latin “cavus” yang berarti ruang rongga atau rongga. Di dalam Webster’s Dictionary

mendefinisikan kavitasi adalah peristiwa terbentuknya gelembung dan pecahnya gelembung pada

cairan yang sedang mengalir akibat kondisi tekanan yang sangat rendah.

B. TIPE KAVITASI

Kavitasi pada pompa sentrifugal menyiratkan adanya suatu proses dinamis pembentukan

gelembung – gelembung dalam cairan, pertumbuhan gelembung dan pecahnya gelembung –

gelembung dalam cairan tersebut. Secara umum gelembung yang terbentuk di dalam cairan

terdiri dari dua jenis yaitu gelembung uap dan gelembung gas.

1. Gelembung uap terbentuk karena terjadinya proses penguapan pada cairan yang sedang

dipompa. Kondisi kavitasi yang disebabkan oleh pembentukan dan pecahnya gelembung uap

umumnya disebut kavitasi uap.

Kavitasi uap merupakan kavitasi paling umum yang terjadi pada pompa, biasanya terjadi

karena NPSHR > NPSHA atau adanya fenomena resirkulasi internal

2. Gelembung gas terbentuk karena adanya gas terlarut dalam cairan yang dipompa ( umumnya

udara tetapi mungkin gas apapun di sistem ). Kavitasi gas terjadi apabila ada gas ( paling

sering udara ) memasuki pompa sentrifugal bersamaan dengan cairan. Kavitasi gas ini jarang

menyebabkan kerusakan pada impeler atau volut casing, akan tetapi hanya akan membuat

kapasitas pompa menurun dan akhirnya performa pompa menurun. Hal ini disebabkan pompa

tidak hanya memompa cairan saja tetapi juga memompa udara yang ikut dalam cairan tersebut.

C. PROSES TERJADINYA KAVITASI DAN EROSI KAVITASI

Kavitasi merupakan gejala menguapnya zat cair yang sedang mengalir sehingga

membentuk gelembung – gelembung uap, hal ini disebabkan tekanan di bagian dalam pompa

Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret

berkurang sampai di bawah tekanan uap jenuhnya. Misalnya air pada tekanan 1 atm akan

mendidih dan menjadi uap pada temperatur 100oC. Akan tetapi jika tekanan direndahkan maka

air akan mendidih pada temperatur yang lebih rendah. Jika tekanan cukup rendah maka pada

temperatur kamarpun air akan mendidih.

Tekanan di dalam pompa menjadi rendah di bawah tekanan uap jenuh cairan tersebut

dikarenakan NPSHR ( require) > NPSHA ( available ).

Apabila zat cair mendidih maka akan timbul gelembung – gelembung uap zat cair.

Gelembung - gelembung ini akan terbawa aliran fluida sampai akhirnya berada pada daerah yang

mempunyai tekanan lebih besar daripada tekanan uap jenuh cairan. Pada daerah tersebut

gelembung - gelembung akan pecah dan akan menyebabkan shock pada dinding di dekatnya.

Cairan akan masuk secara tiba-tiba ke ruangan yang terbentuk akibat pecahnya gelembung uap

tadi sehingga mengakibatkan tumbukan pada dinding – dinding pompa di sekitarnya. Jika pompa

dijalankan terus – menerus dalam jangka lama, maka permukaan dinding di sekitar aliran yang

berkavitasi akan mengalami kerusakan akibat tumbukan terus – menerus dari gelembung yang

pecah tadi, permukaaan dinding akan termakan sehingga menjadi berlubang – lubang (bopeng).

Peristiwa ini disebut erosi kavitasi, sebagi akibat dari tumbukan antara gelembung – gelembung

uap yang pecah secara terus menerus.

Gambar 1. Tahap Pecahnya Gelembung

Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret

Salah satu cara mengetahui terjadi kavitasi pada pompa adalah dengan mengukur vibrasi

pada volut casing pompa, apabila di dalam pompa terjadi kavitasi maka akan timbul vibrasi (

getaran ) pada pompa, dan selain itu kavitasi akan menimbulkan suara berisik pada pompa.

D. NET POSITIVE SUCTION HEAD ( NPSH )

Kavitasi akan terjadi bila tekanan statis suatu aliran zat cair turun di bawah tekanan uap

jenuhnya, sehingga untuk mencegah kavitasi harus diusahakan agar tidak ada satu bagianpun di

dalam pompa yang mempunyai tekanan statis lebih rendah dari tekanan uap jenuh cairan pada

temperatur yang bersangkutan. Dalam hal ini perlu diperhatikan dua macam tekanan yang

memegang peranan penting dalam terjadinya kavitasi, yaitu tekanan yang ditentukan oleh kondisi

dimana pompa dipasang, dan tekanan yang ditentukan oleh keadaan aliran di dalam pompa.

Berdasarkan hal di atas maka NPSH merupakan parameter untuk menentukan keamanan

pompa terhadap kavitasi. Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi maka harus

dipenuhi persyaratan sebagai berikut :

NPSHA > NPSHr ( NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukan )

D.1 NPSHA ( NPSHavailable / NPSH yang tersedia )

NPSHA adalah head yang dimiliki oleh zat cair pada sisi isap pompa ( ekivalen

dengan tekanan mutlak pada sisi isap pompa ) dikurangi dengan tekanan uap jenuh zat

cair di tempat tersebut. NPSHA merupakan tekanan absolut yang masih tersisa pada sisi

isap pompa setelah dikurangi tekanan uap.

Perhitungan NPSH available dilakukan berdasarkan instalasi dan posisi/letak pompa,

beberapa di antaranya seperti berikut ini:

1. Pompa menghisap cairan dari tempat terbuka, posisi pompa di atas permukaan cairan

yang dihisap :

Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret

Gambar 2. Instalasi Pompa dengan Posisi Pompa di Atas Permukaan Cairan Isap

2. Pompa menghisap cairan dari tangki terbuka, posisi pompa di bawah permukaan cairan

yang dihisap :

Gambar 3. Instalasi Pompa dengan Posisi Pompa di Bawah Permukaan Cairan Isap

3. Pompa menghisap cairan dari tangki tertutup, letak pompa di bawah cairan yang

dihisap:

Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret

Gambar 4. Instalasi Pompa dengan Posisi Pompa di Bawah Tangki Isap Tertutup

4. Pompa menghisap cairan dari tangki tertutup, pompa terletak di atas permukaan yang

dihisap:

Gambar 5. Instalasi Pompa dengan Posisi Pompa di Atas Tangki Isap Tertutup

Besarnya NPSH yang tersedia untuk empat sistem di atas dapat dirumuskan sebagai berikut :

𝑁𝑃𝑆𝐻𝐴 = 𝑃𝑎 − 𝑃𝑣𝛾

± ℎ𝑠 − ℎ𝑙𝑠

Dimana :

NPSHA = NPSHA yang tersedia (m)

Pa = Tekanan atmosfer ( kgf/m2 )

Pv = Tekanan uap jenuh (kgf/m2)

Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret

𝛄 = Berat zat cair per satuan volume (kgf/m3)

hs = Head isap statis (m)

hs bernilai positif (+) jika pompa terletak di atas permukaan zat cair,

dan bertanda negatif (-) jika di bawah permukaan zat cair.

hls = Kerugian head di dalam pipa isap

D.2 NPSHR ( NPSH required / NPSH yang diperlukan )

Tekanan terendah di dalam pompa biasanya terdapat di suatu titik dekat setelah sisi

masuk impeler. Di tempat tersebut tekanan adalah lebih rendah daripada tekanan pada

lubang isap pompa. Hal ini disebabkan oleh kerugian head di nosel isap, kenaikan

kecepatan aliran karena luas penampang yang menyempit, dan kenaikan kecepatan aliran

karena tebal sudu setempat.

Jadi agar tidak terjadi penguapan zat cair maka tekanan pada lubang sisi masuk

pompa dikurangi penurunan tekanan di dalam pompa harus lebih tinggi dari pada tekanan

uap zat cair. Head tekanan yang besarnya sama dengan penurunan tekanan ini disebut

NPSH yang diperlukan.

Besarnya NPSH yang diperlukan untuk setiap pompa berbeda – beda untuk setiap

pompa. Besarnya NPSH yang diperlukan harus diperoleh dari pabrik pompa yang

bersangkutan. Untuk keperluan perancangan, besarnya NPSHr dihitung dengan

persamaan :

NPSHR = 𝜎 x H

di mana :

H = Head aktual per tingkat pompa

= Bilangan kavitasi Thoma

= 8.8 𝑥 10−4

𝜂ℎ2 .𝑁𝑠𝑞

3/4

𝜂h = Efisiensi hidrolis pompa

Nsq = Kecepatan spesifik kinematis

= 𝑛 . 𝑄

𝐻3/4

H = Head pompa ( m )

Q = Kapasitas pompa ( m3/min )

Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret

n = Putaran pompa ( rpm )

Agar pompa dapat bekerja tanpa mengalami kavitasi maka harus dipenuhi persyaratan

sebagai berikut :

NPSHA > NPSHr ( NPSH yang tersedia > NPSH yang diperlukan )

E. DAMPAK PADA POMPA AKIBAT ADANYA KAVITASI

Kondisi abnormal kavitasi ini dapat menyebabkan beberapa kerugian pada pompa, antara

lain :

1. Kapasitas pompa menurun.

Hal ini disebabkan karena yang dialirkan pompa bukan cairan saja, akan tetapi cairan

yang bercampur dengan udara sehingga akan menurunkan kapasitas pompa.

2. Efisiensi pompa menurun.

Hal ini terjadi karena terjadi penurunan kapasitas pada pompa, dengan menurunnya

kapasitas pada pompa dan daya input yang diperlukan sama besar maka otomatis efisiensi

pompa akan menurun.

3. Timbulnya vibrasi pada pompa yang dalam waktu lama bisa menurunkan lifetime pompa.

Vibrasi ini akan menyebabkan pompa dan bantalan pompa bergetar, sehingga bearing

penumpu poros pompa yang berputar akan dikenai gaya yang lebih besar dari segala arah

akibat getaran ini, dan bisa menyebabkan misalignment ( tidak terletak pada satu sumbu

lurus ) antara poros pompa dengan poros motor.

4. Timbul suara berisik pada pompa.

Suara berisik ini akibat adanya gelembung – gelembung yang ikut terbawa dalam aliran

cairan yang dipompa.

5. Terjadi pengikisan pada dinding – dinding volut dan impeler karena adanya erosi kavitasi.

Gelembung – gelembung yang terbentuk akibat penguapan cairan tadi akan pecah ketika

berada di salah satu bagian pompa yang mempunyai tekanan lokal lebih besar daripada

tekanan uap jenuh cairan. Pecahnya gelembung – gelembung tadi akan mengakibatkan

shock pada dinding – dinding sekitar dan dalam waktu yang terus menerus maka bisa

Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret

menyebabkan dinding – dinding disekitar pecahnya gelembung tadi menjadi terkikis (

bopeng ).

Gambar 6. Erosi Kavitasi di Bagian dalam Volut Casing Pompa

Gambar 7. Erosi Kavitasi pada Impeler Pompa

F. LANGKAH PENCEGAHAN KAVITASI

Fluida yang dipompa akan menguap ketika tekanan menjadi sangat rendah atau

temperaturnya terlalu tinggi, sehingga akan memicu terjadinya kavitasi. Untuk mencegah

penguapan fluida ini, beberapa hal yang dapat dilakukan antara lain:

Sidiq Adhi Darmawan – Universitas Sebelas Maret

1. Ketinggian letak pompa terhadap permukaan zat cair yang dihisap harus dibuat serendah

mungkin, dan pada pipa isap salah satunya dengan diameter lebih besar untuk mengurangi

agar head isap statis menjadi rendah pula.

2. Pipa isap harus dibuat sependek mungkin. Apabila terpaksa dipakai pipa isap panjang

sebaiknya salah satu pipa isapnya menggunakan pipa dengan diameter lebih besar untuk

mengurangi kerugian gesek.

3. Head total pompa dibuat sesuai perhitungan dengan kebutuhan operasional sesungguhnya.

Apabila pompa mempunyai head total yang berlebihan, maka pompa akan bekerja dengan

kapasitas aliran yang berlebihan pula, sehingga kemungkinan terjadi kavitasi menjadi lebih

besar pula.

4. Menurunkan temperatur fluida yang dipompa, caranya yaitu :

a. Menginjeksi fluida pendingin pada sisi isap (telah banyak dilakukan)

b. Mengisolasi pipa-pipa dari sinar matahari

5. Menurunkan besarnya NPSH yang diperlukan ( NPSHr ), caranya yaitu :

a. Menggunakan pompa isap ganda (double suction pump). Hal ini dapat menurunkan

NPSHr hingga 27%.

b. Menggunakan pompa dengan kecepatan yang lebih rendah

c. Jika dimungkinkan dapat digunakan inducer, hal ini dapat mengurangi NPSHr

hingga 50%.

e. Menggunakan beberapa pompa yang lebih kecil

6. Menggunakan reducer ECC pada sisi isap pompa