MekFlu Kavitasi

of 43 /43
BAB 5. PARAMETER kavitasi dan Inception 5.1 PENDAHULUAN Bab 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. 5.2 PARAMETER kavitasi Kavitasi 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, p V, 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, C p, didefinisikan sebagai ...... (5.1) di mana p 1 beberapa tekanan statis referensi yang akan kita gunakan tekanan pompa inlet dan U adalah beberapa kecepatan referensi yang akan kita gunakan kecepatan ujung inlet, Ω R T1. Penting untuk dicatat bahwa, untuk aliran cairan mampat dalam batas-batas yang kaku, C p hanya fungsi dari geometri batas-batas dan jumlah Reynolds, Re, yang, untuk tujuan ini, dapat

description

kavitasi

Transcript of MekFlu Kavitasi

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.