Mendiagnosis Kavitasi
Kavitasi adalah fenomena destruktif yang terjadi di pompa dan sistem hidraulik lainnya: pembentukan yang cepat dan keruntuhan yang hebat (ledakan) gelembung uap dalam cairan. Hal ini terjadi ketika tekanan statis lokal cairan turun di bawah tekanan uapnya, sehingga cairan mendidih sejenak pada suhu sekitar dan kemudian mengembun kembali saat tekanan pulih. Meskipun sering digambarkan sebagai suara “mendesis” atau “kelereng berderak”, kavitasi adalah sumber yang signifikan dari getaran dan dapat menyebabkan kerusakan yang parah dan erosi pada impeler dan casing. Yang terpenting, ini adalah tanda dari hidrolik masalah daripada masalah mekanis - namun mudah dideteksi dengan analisis getaran, yang merupakan contoh klasik penggunaan getaran untuk mendiagnosis kesalahan proses.
1. Definisi: Apa itu Kavitasi?
Fisika kavitasi bergantung pada hubungan antara tekanan lokal dan tekanan uap. Di dalam pompa, cairan berakselerasi saat memasuki mata impeler, dan berdasarkan prinsip Bernoulli, akselerasi tersebut akan menurunkan tekanan lokal. Jika tekanan turun di bawah tekanan uap cairan, rongga-rongga uap kecil akan terbentuk. Rongga-rongga ini hanya bertahan sampai aliran membawanya ke daerah bertekanan lebih tinggi - biasanya beberapa milimeter lebih jauh di sepanjang baling-baling - di mana rongga-rongga ini runtuh hampir seketika. Setiap keruntuhan adalah ledakan mikroskopis yang melepaskan lonjakan tekanan yang tajam dan semburan energi berfrekuensi tinggi. Kalikan dengan ribuan gelembung yang terbentuk setiap detiknya dan efek kumulatifnya adalah suara yang dapat didengar dan getaran yang dapat diukur, di samping lubang-lubang kecil pada permukaan logam yang perlahan-lahan dan tanpa henti.
2. Dua Jenis Kavitasi
a) Kavitasi Hisap
Ini adalah bentuk yang paling umum. Hal ini terjadi ketika pompa “kekurangan” cairan - yaitu, ketika Head Hisap Positif Bersih yang Tersedia (NPSHa) turun di bawah Head Hisap Positif Bersih yang Dibutuhkan (NPSHr) oleh pompa.
- Mekanisme: Tekanan rendah di mata impeller menyebabkan cairan mendidih, membentuk gelembung-gelembung uap. Saat gelembung-gelembung ini terbawa ke area bertekanan lebih tinggi pada sudu-sudu impeller, gelembung-gelembung tersebut pecah dengan hebat.
- Penyebab: filter atau saringan hisap yang tersumbat, katup hisap yang tertutup sebagian, saluran hisap yang terlalu panjang atau berdiameter terlalu kecil, atau pompa yang diperlukan untuk mengangkat cairan dari ketinggian yang terlalu tinggi.
Margin sisi hisap pada dasarnya adalah masalah NPSH, jadi ketika merancang atau memecahkan masalah instalasi, ada baiknya untuk memeriksa angkanya secara eksplisit; kami Kalkulator NPSH menghitung head yang tersedia dan menunjukkan seberapa dekat sistem berlayar ke ambang kavitasi.
b) Kavitasi Pelepasan
Hal ini jarang terjadi dan terjadi ketika tekanan pembuangan pompa sangat tinggi, sehingga mencegah cairan mengalir keluar dari pompa.
- Mekanisme: Fluida terperangkap di antara sudu-sudu impeller dan bersirkulasi ulang dengan kecepatan tinggi, menciptakan zona vakum bertekanan rendah tempat gelembung-gelembung terbentuk. Gelembung-gelembung ini kemudian meledak saat bergerak keluar dari area bertekanan rendah.
- Penyebab: Katup pembuangan yang tersumbat atau tertutup, atau memompa ke “dead head” (saluran pembuangan yang tersumbat sepenuhnya).
Resirkulasi internal berkecepatan tinggi di balik kavitasi pelepasan berkaitan erat dengan aliran resirkulasi, ketidakstabilan aliran rendah lainnya yang memiliki beberapa gejala yang sama dan merupakan salah satu dari beberapa cacat pompa sentrifugal seorang analis belajar untuk membedakan.
3. Tanda Getaran Kavitasi
Ledakan dahsyat ribuan gelembung uap kecil tidak menghasilkan frekuensi tunggal yang rapi. Sebaliknya, ia menciptakan tanda getaran yang sangat jelas:
- Kebisingan broadband frekuensi tinggi: indikator utamanya adalah kenaikan yang signifikan pada “noise floor” dari Spektrum FFT, khususnya pada frekuensi tinggi (biasanya di atas 2.000 Hz). Hal ini muncul sebagai “punuk” energi acak yang luas, bukan sebagai puncak-puncak yang terpisah.
- Acak dan tidak stabil: getarannya acak dan tidak periodik - itulah sebabnya mengapa tidak menghasilkan garis-garis yang tajam - dan amplitudo keseluruhan dapat berfluktuasi secara nyata dari waktu ke waktu. Keacakan inilah yang memisahkan kavitasi dari aliran biasa pergolakan, yang cenderung lebih ringan dan frekuensinya lebih rendah.
- Potensi harmonisa dari frekuensi lintasan blade: dalam beberapa kasus, energi acak dapat menggairahkan frekuensi lintasan sudu (BPF = jumlah baling-baling × kecepatan operasi) dan harmoniknya, tetapi fitur yang dominan tetaplah lantai derau pita lebar. Pada pompa, komponen yang sama ini sering disebut frekuensi lintasan sudu.
Karena energinya bersifat broadband dan impulsif, teknik yang disesuaikan dengan benturan berulang dapat mempertajam diagnosis: analisis amplop dan metrik seperti faktor puncak merespons dengan kuat terhadap transien runtuhnya gelembung yang cepat. Jika kavitasi dibiarkan berlanjut, hal itu dapat menyebabkan kerusakan sekunder - erosi pada impeler - yang kemudian menyebabkan ketidakseimbangan yang muncul sebagai puncak 1× yang tinggi, sebuah pengingat yang berguna bahwa satu kesalahan dapat menimbulkan kesalahan lainnya.
4. Konfirmasi
Karena tanda tangan adalah salah satu kebisingan acak, ini dapat membingungkan dengan sumber turbulensi atau aliran lainnya, jadi konfirmasi perlu dilakukan sebelum melakukan perbaikan:
- Mendengarkan: kavitasi sering kali menghasilkan suara yang terdengar jelas, seperti kerikil atau kelereng yang berguling-guling di dalam pompa - sering kali merupakan petunjuk pertama yang diketahui oleh operator di lantai.
- Perubahan proses: untuk dugaan kavitasi hisap, dengan hati-hati dan perlahan-lahan membuka katup hisap yang tertutup sebagian, atau membersihkan saringan hisap, harus segera mengurangi atau menghilangkan kebisingan frekuensi tinggi. Uji perubahan-dan-amati yang disengaja ini adalah salah satu konfirmasi paling efektif yang tersedia, karena secara langsung memanipulasi penyebab hidraulik.
Sangat penting untuk mengatasi kavitasi dengan cepat. Setiap ledakan bertindak seperti palu jet mikroskopis, mengikis baling-baling impeler dan volute pompa dan menyebabkan kegagalan dini. Di lapangan, alur kerja praktisnya adalah mengonfirmasi tanda tangan broadband pada penganalisis getaran, menghilangkan penyebab hidraulik, dan kemudian memverifikasi bahwa alat berat telah kembali ke kondisi mekanis yang bersih. Instrumen dua saluran portabel seperti Balanset-1A sangat cocok untuk langkah terakhir itu: setelah kesalahan proses disembuhkan, ia mengukur 1× amplitudo dan fase dalam bantalan pompa sendiri pada kecepatan operasi, sehingga setiap sisa ketidakseimbangan yang ditinggalkan oleh erosi dapat diukur dan dikoreksi dengan cara di tempat penyeimbangan.
