Apa Itu Cavitation pada Pump? Penyebab, Dampak, dan Cara Menghindarinya

Apa Itu Cavitation?

Cavitation adalah fenomena terbentuknya cavities atau rongga-rongga kecil di dalam aliran liquid akibat vaporization. Fenomena ini dapat dikatakan sebagai proses boiling yang terjadi ketika static pressure dari pumped liquid pada area pump impeller dan suction inlet turun secara lokal hingga berada di bawah saturated vapor pressure. Kondisi tersebut menyebabkan terbentuknya banyak vapor cavities berukuran sangat kecil.

Pada tahap awal, cavitation hampir tidak menimbulkan kerusakan. Namun, ketika suction pressure semakin menurun dan cavitation berkembang, vapor cavities dapat menghambat aliran di dalam impeller channel. Akibatnya, pump efficiency dan total head akan menurun.

Jika kondisi ini terus berlanjut, total head dapat turun secara tajam hingga pumping menjadi tidak memungkinkan. Collapse dari vapor cavities juga dapat menyebabkan noise dan vibration. Apabila pump dioperasikan dalam kondisi tersebut untuk jangka waktu yang lama, impact force dari collapse tersebut dapat menyebabkan erosion damage pada impeller dan casing.

Dengan demikian, cavitation merupakan fenomena yang berbahaya bagi pump, sehingga tindakan pencegahan perlu dipahami dan diperhatikan sejak tahap desain maupun operasi.

Cavitation yang terjadi pada hydrofoil. Bentuknya menyerupai awan putih.

Image source: EBARA Corporation – Cavitation-related Technologies

Gambar cavitation pada hydrofoil yang diperoleh melalui computational fluid dynamics. Bila hydrofoil diberi warna berdasarkan pressure.

Image source: EBARA Corporation – Cavitation-related Technologies

Pump Operating Range dan Cavitation

Pada umumnya, pump tidak selalu beroperasi tepat pada design point. Kecuali untuk aplikasi tertentu, pump biasanya bekerja dalam range head dan discharge capacity tertentu.

Impeller inlet umumnya dirancang agar pada design capacity, arah water flow dan vane angle berada dalam kondisi yang sesuai, sehingga aliran dapat masuk dengan smooth. Namun, ketika pump beroperasi pada excessive capacity atau partial capacity, sudut aliran masuk menjadi tidak sesuai dengan vane angle.

Kondisi tersebut membuat cavitation lebih mudah terjadi ketika pump beroperasi pada flow rate yang berbeda dari design point, meskipun pump tetap memompa air ke ketinggian yang sama.

Oleh karena itu, dalam perencanaan pump equipment, potensi terjadinya cavitation perlu diperiksa pada seluruh anticipated operational range, bukan hanya pada design point saja.

Karakteristik cavitation yang terjadi di luar maximum efficiency point dapat berbeda-beda tergantung pada pump design. Namun, specific speed merupakan salah satu faktor utama yang memengaruhi karakteristik tersebut.

Cavitation Erosion

Vapor cavities yang terbentuk pada impeller inlet akan terbawa ke area downstream dengan tekanan yang lebih tinggi. Pada area tersebut, vapor cavities akan collapse dan menghilang. Proses collapse ini menghasilkan shock waves yang dapat menghantam permukaan metal dengan kecepatan sangat tinggi.

Dampak berulang dari shock waves tersebut dapat menimbulkan stress pada internal components. Jika stress yang terjadi melebihi repeated elasticity limit dari material, komponen seperti impeller dan casing dapat mengalami kerusakan.

Fenomena fisik inilah yang menjadi salah satu mekanisme utama terjadinya cavitation erosion.

Selain itu, cavitation juga dapat mempercepat corrosion. Hal ini terjadi karena cavitation dapat merusak lapisan atau organisme biologis yang sebelumnya menutupi permukaan metal dan membantu menghambat corrosion. Ketika lapisan tersebut hilang, permukaan metal baru akan terekspos langsung ke pumped liquid.

Terdapat juga penjelasan secara chemical bahwa corrosion dapat terjadi karena oxygen dilepaskan dari pumped water selama proses cavitation. Dalam kondisi aktual, stress dan corrosion dapat terjadi secara bersamaan, sehingga mekanisme erosion menjadi cukup kompleks.

Namun, pada kasus cavitation yang parah, physical destruction akibat collapse dari vapor cavities dianggap sebagai penyebab utama kerusakan.

Cara Menghindari Cavitation

Cavitation dapat menyebabkan berbagai jenis kerusakan pada pump. Untuk menghindarinya, suction conditions dan operating range pada lokasi instalasi pump harus dipahami dengan baik. Setelah itu, pump perlu dipilih dan dirancang sesuai kondisi operasional yang sebenarnya.

Berikut beberapa strategi dan hal yang perlu diperhatikan untuk mengurangi risiko cavitation pada pump design dan operation.

1. Membuat Suction Lift Head Sekecil Mungkin

Untuk mencegah cavitation, pump sebaiknya dipasang pada posisi yang rendah agar available NPSH dapat dibuat sebesar mungkin. Pada beberapa aplikasi, drainage pump sering dipasang lebih tinggi untuk melindungi dari flooding. Namun, dari sisi cavitation prevention, posisi pump yang lebih rendah akan lebih menguntungkan.

2. Menggunakan Diameter Suction Pipe yang Lebih Besar

Friction loss head dapat menjadi besar pada suction pipe yang panjang. Oleh karena itu, diameter suction pipe sebaiknya dibuat sebesar mungkin. Selain itu, jumlah bends dan accessories seperti valves juga sebaiknya diminimalkan agar suction-side loss tetap kecil.

3. Tidak Mengontrol Flow Menggunakan Suction-Side Valve

Penggunaan valve pada upstream side untuk mengontrol flow harus dihindari. Hal ini karena valve pada suction side dapat menyebabkan loss yang besar pada suction-side liquid power, sehingga meningkatkan risiko cavitation.

4. Tidak Memberikan Design Head Margin yang Berlebihan

Design dengan margin head yang terlalu besar dapat menyebabkan head aktual menjadi rendah selama operasi. Akibatnya, risiko cavitation dapat meningkat apabila pump beroperasi pada flow di atas design point.

5. Memeriksa Operating Capacity Range

Pemeriksaan operating capacity range tidak boleh diabaikan. Cavitation dapat lebih mudah terjadi apabila capacity bergerak menjauh dari design point. Oleh karena itu, pump sebaiknya dioperasikan sedekat mungkin dengan designed capacity.

6. Menggunakan Material dengan Resistance Tinggi terhadap Cavitation Erosion

Apabila kondisi operasi cukup berat dan cavitation tidak dapat sepenuhnya dihindari, material dengan resistance tinggi terhadap cavitation erosion dan fatigue strength yang baik perlu dipilih. Jika liquid yang dipompa bersifat corrosive, material dengan durability yang lebih tinggi harus dipertimbangkan.

Kesimpulan

Cavitation merupakan fenomena berbahaya pada pump karena dapat menurunkan efficiency, mengurangi total head, menyebabkan noise dan vibration, serta merusak komponen seperti impeller dan casing.

Untuk menghindari cavitation, suction condition, operating range, dan design point harus diperhatikan dengan baik. Pemilihan pump, desain sistem suction, serta material yang tepat sangat penting untuk menjaga reliability dan performance pump dalam jangka panjang.

Ingin memahami istilah dasar lainnya seputar pump? Baca juga artikel berikut:
https://www.ebaraindonesia.com/blog/talking-about-pumps-basic-terms-you-need-to-know/

Ingin mengetahui lebih lanjut tentang riset dan teknologi terkait cavitation?
Pelajari lebih lengkap melalui EBARA global technology resources di sini:
https://www.ebara.com/global-en/technology/rd/cavitation-related-ex/